電化學(xué)生物傳感器

傳感器與通信系統(tǒng)和計算機(jī)共同構(gòu)成現(xiàn)代信息處理系統(tǒng)。傳感器相當(dāng)于人的感官，是計算機(jī)與自然界及社會的接口，是為計算機(jī)提供信息的工具。

傳感器通常由敏感（識別）元件、轉(zhuǎn)換元件、電子線路及相應(yīng)結(jié)構(gòu)附件組成。

生物傳感器是指用固定化的生物體成分（酶、抗原、抗體、激素等）或生物體本身（細(xì)胞、細(xì)胞器、組織等）作為感元件的傳感器。電化學(xué)生物傳感器則是指由生物材料作為敏感元件，電極（固體電極、離子選擇性電極、氣敏電極等）作為轉(zhuǎn)換元件，以電勢或電流為特征檢測信號的傳感器。

由于使用生物材料作為傳感器的敏感元件，所以電化學(xué)生物傳感器具有高度選擇性，是快速、直接獲取復(fù)雜體系組成信息的理想分析工具。一些研究成果已在生物技術(shù)、食品工業(yè)、臨床檢測、醫(yī)藥工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境分析等領(lǐng)域獲得實(shí)際應(yīng)用。

根據(jù)作為敏感元件所用生物材料的不同，電化學(xué)生物傳感器分為酶電極傳感器、微生物電極傳感器、電化學(xué)免疫傳感器、組織電極與細(xì)胞器電極傳感器、電化學(xué)DNA傳感器等。

(1)酶電極傳感器

以葡萄糖氧化酶（GOD）電極為例簡述其工作原理。在GOD的催化下，葡萄糖（C₆H₁₂O₆）被氧氧化生成葡萄糖酸（C₆H₁₂O₇）和過氧化氫。

根據(jù)上述反應(yīng)，顯然可通過氧電極（測氧的消耗）、過氧化氫電極（測H₂O₂的產(chǎn)生）)和pH電極（測酸度變化）來間接測定葡萄糖的含量。因此只要將GOD固定在上述電極表面即可構(gòu)成測葡萄糖的GOD傳感器。這便是所謂的首代酶電極傳感器。這種傳感器由于是間接測定法，故干擾因素較多。

第二代酶電極傳感器是采用氧化還原電子媒介體在酶的氧化還原活性中心與電極之間傳遞電子。第二代酶電極傳感器可不受測定體系的限制，測量濃度線性范圍較寬，干擾少?，F(xiàn)在不少研究者又在努力發(fā)展第三代酶電極傳感器，即酶的氧化還原活性中心直接和電極表面交換電子的酶電極傳感器。

目前已有的商品酶電極傳感器包括：GOD電極傳感器、L-乳酸單氧化酶電極傳感器、尿酸酶電極傳感器等。在研究中的酶電極傳感器則非常多。

(2)微生物電極傳感器

由于離析酶的價格昂貴且穩(wěn)定性較差，限制了其在電化學(xué)生物傳感器中的應(yīng)用，從而使研究者想到直接利用活的微生物來作為分子識別元件的敏感材料。這種將微生物（常用的主要是細(xì)菌和酵母菌）作為敏感材料固定在電極表面構(gòu)成的電化學(xué)生物傳感器稱為微生物電極傳感器。

其工作原理大致可分為三種類型：其一，利用微生物體內(nèi)含有的酶（單一酶或復(fù)合酶）系來識別分子，這種類型與酶電極類似;其二，利用微生物對有機(jī)物的同化作用，通過檢測其呼吸活性（攝氧量）的提高，即通過氧電極測量體系中氧的減少間接測定有機(jī)物的濃度；其三，通過測定電極敏感的代謝產(chǎn)物間接測定一些能被厭氧微生物所同化的有機(jī)物。

微生物電極傳感器在發(fā)酵工業(yè)、食品檢驗(yàn)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域都有應(yīng)用。

例如：在食品發(fā)酵過程中測定葡萄糖的佛魯奧森假單胞菌電極；測定甲烷的鞭毛甲基單胞菌電極；測定抗生素頭孢菌素的Citrobacterfreudii菌電極等等。微生物電極傳感器由于價廉、使用壽命長而具有很好的應(yīng)用前景，然而它的選擇性和長期穩(wěn)定性等還有待進(jìn)一步提高。

電化學(xué)生物傳感器

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