8.2生物传感器（课件）-《传感器及检测技术》同步教学（江苏凤凰教育出版社）

项目八 新型传感器及应用 项目八 新型传感器及应用 目 录 1 任务一 智能传感器 2 任务二 生物传感器 3 任务三 微型传感器 项目八 新型传感器及应用 学习目标 了解智能传感器的概念、功能和特点。 了解智能传感器的组成和实现途径。 了解智能压力传感器和智能温度传感器。 了解生物传感器的基本知识。 了解常用生物传感器的应用。 了解微机电系统。 了解微型传感器及应用。 任务二 生物传感器 用于检测生物体内化学成分的生物传感器的研究始于20世纪60年代，最早出现的是酶传感器。20世纪80年代后，伴随着生物技术与微电子学、化学、光学、热学等技术的进步和各技术的交叉结合，使生物传感器的研究和开发得到了突飞猛进的发展。目前，人们正利用生物体的特异功能，研制类似于生物感觉器官功能的各种生物传感器，它是传感检测技术的新发展。 任务二 生物传感器 一、生物传感器概述 生物传感器是利用各种生物体成分，如酶、抗体、抗原、激素等或生物体本身，如细胞、细胞体等，把它们作为传感器的敏感材料固定在高分子人工膜等固定载体上，用于检测和设别被测生物体内的化学成分，并通过一种合适的换能器将其产生的物理量、化学量的变化转换成电信号的传感器。 （一）生物传感器的定义 任务二 生物传感器 一、生物传感器概述 （1） 分析速度快。主要在无试剂条件下操作，可以在较短的时间内得到结果。 （2） 准确度高和灵敏度高，一般相对误差不超过1%。由于生物敏感膜的高度特异性和灵敏度，因此能检测一些含量极低的检测对象。 （3） 操作较简单，能连续在线检测，容易实现自动分析。 （4） 专一性强，只对特定的底物起反应，且不受颜色、浊度的影响。 （5） 经固化处理后，能长期保持其生理活性，传感器可反复使用。 （6） 检测信息以电信号方式直接输出，容易实现检测自动化。 （7） 使用寿命较短。 （二）生物传感器的特点 任务二 生物传感器 一、生物传感器概述 生物传感器的分类方法较多且不统一，通常是根据生物敏感膜和物理化学变换器的不同进行分类的。表8-1所示为根据生物敏感膜的分类法。 （三）生物传感器的分类 任务二 生物传感器 一、生物传感器概述 生物传感器在医疗检验、环境监测、食品工业、生物工程、农业、畜牧业等领域得到了广泛的应用。 临床上用免疫传感器等生物传感器来检测体液中的各种化学成分，为医生的诊断提供依据；环境监测中用生物传感器监测大气和水中各种污染物质的含量；食品工业中用生物传感器检测食品中的营养成分和有害成分的含量、食品的新鲜程度等。 （四）生物传感器的应用 任务二 生物传感器 二、生物传感器的基本原理 生物传感器由生物敏感膜和物理化学变换器两部分组成。生物敏感物质附着于膜上或包含于膜之中（称为固定化），当被测物经扩散进入生物敏感膜层，发生物理、化学变化，经分子识别，由相应的物理化学变换器转换成定量的、可传输和处理的电信号。 任务二 生物传感器 二、生物传感器的基本原理 生物敏感膜是利用生物体内具有奇特与敏感功能的生物物质固定在基质或载体上构成的。它具有专一性与选择亲和性，可进行分子识别，因此也称为分子识别元件。生物敏感膜是生物传感器的关键元件，它决定着传感器的功能和质量。 任务二 生物传感器 三、酶传感器及应用 酶是由生物体内产生并具有催化作用的活性蛋白质，它具有特异的催化功能，因此，酶被称为生物催化剂。酶在生命活动中起着极为重要的作用，它参加新陈代谢过程中的所有生化反应，并以极高的速度维持生命的代谢活动，包括生长、发育、繁殖与运动等，可以说没有酶就没有生命。 （一）酶传感器概述 任务二 生物传感器 三、酶传感器及应用 1. 葡萄糖酶传感器 葡萄糖酶传感器是第一个酶传感器，它由葡萄糖氧化酶膜和电化学电极两部分组成。葡萄糖氧化酶是敏感膜，它固定在聚乙烯酰胺凝胶上，其电化学器件为阳极Pt和阴极Pb，中间为强碱溶液，并在阳极表面覆盖一层透氧气的聚四氟乙烯膜，形成封闭氧电极，它避免了电极与被测液的直接接触，防止电极的毒化。 （二）酶传感器的应用 任务二 生物传感器 三、酶传感器及应用 2. 尿素传感器 在医学临床检查中，分析患者的血清和体液中的尿素对于肾功能的诊断是很重要的。对于慢性肾功能衰竭的患者进行人工透析，在确定的透析时间后，尿素的定量分析是必不可少的。 （二）酶传感器的应用 任务二 生物传感器 四、微生物传感器及应用 近年来，随着微生物固化技术的进步，固定化微生物越来越多地被用作生物传感器的分子设别元件，产生了微生物传感器。 微生物包括细菌、酵母