进入本世纪80年代之后,随着离子敏场效应晶体管的不断完善,于1980年Caras和Janafa率先研制成功可测定青霉素的酶FET。
生物传感器的组成与基本原理:
(1)分子识别元件
(2)换能器
换能器种类有电化学电极、半导体、热敏电阻、表面等离子体、压电晶体等
生物传感器的分类
按分子识别元件分
按器件分类
4、酶传感器
酶的催化作用是在一定条件下使底物分解,故酶的催化作用实质上是加速底物分解速度。
酶传感器由固定酶和基础电极组成,酶电极的设计主要考虑酶催化过程产生或消耗的电极活性物质,如一个酶催化反应是耗O2过程,就可以使用O2电极或H2O2电极;若酶催化反应过程产生酸,即可使用PH电极。
酶传感器信号变换方法:
(1)电位法
电位法是通过不同离子生成在不同感受体,从测得膜电位去计算与酶反应有关的各种离子的浓度。一般采用铵离子电极(氨气电极)、氢离子电极、氧化碳电极等;
(2)电流法
电流法是从与酶反应有关的物质的电极反应得到的电流值来计算被测物质的方法。电化学装置采用的是氧电极。燃料电池型电极和过氧化氢电极等;
5、葡萄糖传感器
工作原理:
测量氧消耗量的葡萄糖传感器+测H2O2生成量的葡萄糖传感器
氧化酶(GOD):葡萄糖+H2O+O2――――――→葡萄糖酸+H2O2
故葡萄糖浓度测试方法有三种:1、测耗量O2; 2、测H2O2生成量;3、测由葡萄糖酸而产生的PH变化。
测量氧消耗量的葡萄糖传感器:
氧电极构成:①由Pb阳极和Pt阴极浸入碱溶液,②阴极表面用氧穿透葡萄糖(基质)膜覆盖[特氟隆,厚约10μm]。
氧电极测O2原理:利用氧在阴极上首先被还原的特性。溶液中的O2穿过特氟隆膜到达Pt阴极上,当外加一个直流电压为氧的极化电压(如0.7V)时,则氧分子在Pt阴极上得电子,被还原:其电流值与含O2浓度成比例。
O2+2H2O+4e=======4OH-
测H2O2生成量的葡萄糖传感器:
葡萄糖氧化酶(GOD)
葡萄糖+H2O+O2―――――――→葡萄糖酸+H2O2
葡萄糖氧化产生H2O2,而H2O2通过选择性透气膜,在Pt电极上氧化,产生阳极电流。葡萄糖含量与电流成正比,由此可测出葡萄糖溶液浓度。
在Pt电极上加0.6V电压时,则产生的阳极电流为:H2O2―――――――→ O2+2H++2e
6、微生物传感器
微生物传感器分为好气性微生物传感器和厌气性微生物传感器
将传感器放入含有有机化合物的被测溶液中,有机物向微生物膜扩散而被微生物摄取(称为资化)。
好气性微生物传感器:
微生物的呼吸可用氧电极或二氧化碳电极来测定结构
O2电极好气性微生物传感器响应曲线
厌气性微生物传感器:
可测定微生物代谢产物,可用离子选择电极来测定
甲酸传感器(厌气性)原理:
将产生氢的酪酸梭状芽菌固定在低温胶冻膜上,并把它固定在燃料电池Pt电极上;