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溶胶凝胶技术在电化学传感器中的应用进展

摘要本文主要评述了近年来溶胶凝胶技术在电化学传感器中的研究进展，包括在测定酚、葡萄糖类等物质实验方面的介绍，并探究了溶胶一凝胶与血红蛋白有较好的生物兼容性。结合了碳纳米管方面的应用制备了一种性能优良的葡萄糖生物传感器。

关键词溶胶-凝胶；电化学传感器；葡萄糖；碳纳米管；

1 引言

溶胶一凝胶技术是指有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经过热处理而制得氧化物或其他化合物固体的方法。近年来，人们发现溶胶一凝胶材料是一类非常适合于固定生物试剂的基质材料[1-5] ．凝胶过程通常在温和的条件下进行，可以很大程度地保持酶等生物物质的功能和活性L[6-7]．利用溶胶一凝胶技术固定各种生物试剂基质材料，制成的生物传感器具有灵敏度高、稳定性好、抗干扰能力强等特点[8-11] ．溶胶凝胶包埋酶的过程中，胶体粒子逐渐聚集形成三维网络结构。一些添加剂聚乙二醇(PEG)，聚乙烯胺(PEI)等覆盖硅胶中，能提高酶的活性。同时也能减少溶胶凝胶的收缩，作为孔径填充物防止孔塌陷。研究中发现将多羟基高分子掺人溶胶中，由于形成互穿网络而显著增大了凝胶的强度，从而防止了干裂。陈化时间对凝胶孑L径大小、交联程度有较大的影响。同时，在不同的介质中陈化时，也会得到不同的凝胶干缩结构，如在酸性介质中，得到的凝胶结构致密，孔径较小，故有利于酶分子的包埋。利用溶胶一凝胶技术固定生物酶制备的生物传感器在测酚、有机溶剂和糖类等物质中有着很好的效果。

2 溶胶-凝胶技术固定生物酶制备的生物传感器测定酚、糖类等物质

2.1 测定含饱和苯系物废水中的酚类化合物

采用正硅酸乙酯水解制备溶胶一凝胶包埋酶制作溶胶一凝胶电极，以提高电极的灵敏度，增强电极的选择性和抗干扰能力。测定了含饱和苯系物废水中的酚类化合物，。

溶胶一凝胶的制备先将TEOS溶于无水乙醇，加入一定量水，用HC1调节溶液pH 值，然后放人

梨形瓶中，恒温下用旋转蒸发仪定速搅拌水解一定时间后，再加入丙三醇继续搅拌，二次水解30 min。

电极的制作将石蜡碳糊填于预处理好的电极杆底部压实，在碳糊电极表面留有一层约1 妈妈深的凹槽，待用。称取0．1 mg酪氨酸酶(50 000 U／17mg)溶解于缓冲溶液(pH：7．0)中，加入陈化好的溶胶一凝胶搅拌均匀，再用碳粉调成糊状填人上述预留凹槽中并压实，在硫酸纸(放在光滑玻璃板上)上磨光，用渗析膜包好，置于冰箱冷藏室里陈化一天待用。电极使用前先在pH 5．4的磷酸盐缓冲溶液中浸润。电极不用时于冰箱中4℃保存。

溶胶一凝胶碳糊电极的制作及参数的优化

设计8因素10水平的实验方法，并结合电极的响应灵敏度来确定酶电极制作中各组分最佳加入量，其中以反应完全、水解后呈均匀透明的溶胶、老化后呈粘稠状且均匀透明的凝胶、凝胶不干裂、滴膜光滑透明无裂痕、电极本底值最小及响应

值最大作为评价溶胶和电极的标准。实验数据经过统计处理后得到试验范围内的最佳工艺条件为：水和TEOS的摩尔比4：2；乙醇体积为25 ；溶液pH 值1．5；水解温度20℃；水解时间3 h；老化温度20℃；老化时间2 d。电极制作中溶胶-凝胶与缓冲溶液体积比为2：1。

溶胶一凝胶固定酪氨酸酶电极工作条件的确定

工作电位的选择采用制备的生物电极获得的循环伏安图如图1所示。根据所得的实验数据以及一些干扰离子的电位，确定本电极的工作电位为一100 mV。

溶液pH值和测量时间的选择电极响应与溶液pH值的关系见图2。在pH值约5．2时电极的响应值最大，考虑到酪氨酸酶的适宜pH范围为6．0～7．0，所以选择pH 5．4作为操作条件。由溶胶一凝胶电极的时间响应关系确定，响应时间为3 min，这时电极响应值可达95 以上。

电极性能测试

检出限、线性范围及电极稳定性检出限根据信噪比S／N> 3来确定。相应实验数据列于表1。

由表1的实验数据可以看出，电极在陈化一天后响应的灵敏度最高，但电极的稳定性不好，检测范围很窄；随着电极的使用，电极的稳定性和检出限都增大。其可能原因为随着电极表面在缓冲溶液中的浸润时间的增加和电极微表面的进化，校正了酶空间构型，使酶的活性中心外漏，易与底物接触，从而提高酶的活性。电极在使用24 h后稳定性和检测范围都增加了，但其响应值有递减的趋势，这可能与溶胶一凝胶对酶活性的影响有关，或者由于电极表面有其它物质(如醌氢醌)覆盖而受到抑制。

精密度和准确度标样和样品浓度分别为1．O0×10 mol／L和5．O0×10一mol

／L。在工作电位一100 mV，pH 5．4，响应时间3 min的条件下进行测定，电极在同一底物中6次试验结果的RSD为1．04 ，标样与样品测定值之间的相对误差为0．002 。

溶液中酚的测定

对溶液中各种酚类进行了测定与比较，其结果列于表2。可以看出，国家标准方

法(分光光度法)仅能测定苯酚、邻甲酚、间甲酚，无法测定其它酚类。本法对苯酚、邻甲酚、对氯苯酚、邻苯二酚、间甲酚响应较好。

电极抗干扰能力和对化工废水分析

生物酶同含有苯及苯系物的化工废水接触将很快失活，实验采用溶胶一凝胶法在碳糊中固定生物酶制备生物传感器，解决了此问题。用本法对有苯及苯系物的含酚1．00×10一 mol／L的化工废水进行了分析，结果显示，测定值与参考值之间的相对误差为0．007-0．053％。

2.2硅溶胶-凝胶包埋纳米金和酶的葡萄糖生物传感器

参考文献［12］方法，将Ｎａ２ＳｉＯ３·９Ｈ２Ｏ置于烘箱里，１２０℃下放置约１２ｈ，得Ｎａ２ＳｉＯ３·３Ｈ２Ｏ，完全冷

却后用３ｍｏｌ／Ｌ的盐酸溶液调节比重到１.３８，过滤后得到澄清的水玻璃溶液。取出１ｍＬ用水１∶１（体积比）稀释，再经过磺酸基型阳离子交换柱后，得到ｐＨ＝１.５的硅溶胶，备用。

酶电极的制备

金电极（直径为３ｍｍ，实验室自制）用６.２５μｍ的细砂纸湿磨电极，０.３μｍ的三氧化二铝粉抛光，随后依次用无水乙醇、亚沸水超声洗涤５ｍｉｎ，最后将电极放在０.０５ｍｏｌ／Ｌ的硫酸底液中，在－０.２-１.３Ｖ的电位范围内，以０.２Ｖ／ｓ的扫描速率进行电化学预处理，至稳定的循环伏安曲线（通常为１０ｍｉｎ），备用。将预处理后的金电极浸入０.３０ｍＬ硅溶胶、０.２５ｍＬＧＯＤ（２０００Ｕ／ｍＬ）、０.１５ｍＬＬ半胱氨酸（１０ｍｍｏｌ／Ｌ）、０.２０ｍＬＰＶＡ（质量分数为００５％）、０.１０ｍＬ金溶胶的均匀混合液中，约３０ｓ后取出，在４℃下放置１２ｈ后得到酶电极。

酶电极的电化学行为

各电极在磷酸盐缓冲溶液中的循环伏安曲线如图１所示。由图１可知，裸Ａｕ电极（曲线ａ）和不加酶的修饰电极（曲线ｂ）没有电化学响应，而酶电极（曲线ｃ）出现了一对准可逆的氧化还原峰，在扫速为０.１Ｖ／ｓ时，其氧化峰电位为０.２２Ｖ，还原峰电位为０.０２Ｖ，这应该是葡萄糖氧化酶在电极表面发生电化学反应产生的。其氧化还原峰峰电流基本相同，因此，该反应是准可逆的直接电化学反应，式量电位约为０.１２Ｖ。与Ｎａｆｉｏｎ固定的ＧＯＤＡｕＮＰｓ／ＧＣ电极相比较［13］，其式量电位显著正移，这可能是在金纳米粒子的表面形成了氧化物从而起到了一种潜在的促进剂作用［１４，１５］。酶电极的氧化峰电流和还原峰电流均随电位扫描速率的增加而增大，二者在０.０１～０８Ｖ／ｓ的扫速范围内呈良好的线性关系。随扫速的增加，阴极峰电位负移，阳极峰电位正移，电极过程可逆性变差。

溶液的酸度会影响固定化ＧＯＤ的活性，同时影响有质子参与的催化氧化过程。随着缓冲溶液ｐＨ的增加，式量电位呈线性下降，斜率为－５４ｍＶ／ｐＨ。图２说明了检测底液ｐＨ对传感器循环伏安阴极峰电流的影响。在ｐＨ＝７时，酶电极的电化学活性最高。

酶电极制备条件的优化

本文采用硅酸作为溶胶凝胶的前驱体，与采用烷基硅的前驱体相比，避免了乙醇的产生，有利于酶活性的保持。硅溶胶凝胶膜的孔径在１０ｎｍ左右，因此，本实验采用平均粒径为３０ｎｍ的金纳米粒子，可保证纳米粒子在膜中的固定而不流出。图３为金纳米粒子的紫外可见光谱图和透射电子显微镜图。当每毫升混合溶液中金溶胶的量大于０.０２ｍＬ时，可得到稳定的电流响应。

电极的酶负载量是一个极重要的因素。图４为不同酶固定量与阴极峰电流的关系。从图中可看出，当体系中ＧＯＤ含量在５００Ｕ／ｍＬ时，酶电极的峰电流响应最大。本实验采用加入５００Ｕ／ｍＬ的ＧＯＤ。Ｌ-Ｃｙｓ的浓度也显著影响酶电极的电流响应。图５为体系中加入Ｌ-Ｃｙｓ对酶电极阴极峰电流的影响。随着Ｌ-Ｃｙｓ浓度的增加，峰电流随之增大，浓度达到１.８ｍｍｏｌ／Ｌ后趋于稳定。Ｌ-Ｃｙｓ的加入，可通过自组装的方式在电极与酶之间形成一座桥梁，有利于酶与电极间的电子传递。因此，本文中加入Ｌ-Ｃｙｓ量为１.８ｍｍｏｌ／Ｌ。

酶电极对葡萄糖的安培响应

为了考察固定在电极表面的ＧＯＤ是否保持其生物电催化活性，本文研究了酶电极对葡萄糖的电化学响应。图６为典型的酶电极对葡萄糖的电流与时间响应曲线。传感器对葡萄糖的响应时间小于５ｓ，说明该反应是一个快速过程。这可能硅溶胶凝胶薄膜是多孔网状结构，金纳米粒子的加入有利于酶在电极表面的取向并增加了导电性，有利于酶与电极间的电子传递作用。传感器对葡萄糖的线性响应范围为０.０２～２ｍｍｏｌ／Ｌ，线性回归方程为Δｉ（μＡ）＝０.００２＋０.０７８７ｃ（ｍｍｏｌ／Ｌ），检出限为５μｍｏｌ／Ｌ。检测灵敏度与酶介体型葡萄糖氧化酶电极［16］相近，优于金纳米粒子固定的葡萄糖氧化酶电极［17.18］。

抗干扰性能

葡萄糖生物传感器在测试血液样品时，主要的干扰可能来自具有电化学活性的抗坏血酸和尿酸。该酶电极的工作电位低（－０.１Ｖ），因此具有很高的选择性，对于０.１ｍｍｏｌ／Ｌ的葡萄糖，同样量的抗坏血酸和尿酸均不产生明显的干扰。

酶电极的稳定性与重现性

取５支不同修饰的酶电极对０.２ｍｍｏｌ／Ｌ的葡萄糖溶液进行测试，相对标准偏差ＲＳＤ为６.７％。同一酶电极对０.２ｍｍｏｌ／Ｌ的葡萄糖溶液平行测定９次，标准偏差ＲＳＤ为３.９％。当酶电极在４℃下保存，并间断使用１００ｄ后，该电极对葡萄糖的响应仍保持初始响应的９２％。电极稳定性显著优于文献报道［７，８］的３０ｄ和１４ｄ。说明葡萄糖氧化酶与金纳米粒子同时固定于硅凝胶的三维网络结构中，可很好地保持酶的催化活性。样品测试

采用标准加入法测定血清样品中葡萄糖的浓度，测得值与健康人体血液中的正常值相符，回收率在９３％～１０２％之间。

3 溶胶一凝胶血红蛋白电化学传感器的研制

玻碳电极的处理

将玻碳电极用氧化铝粉抛光，在二次水和无水乙醇中分别超声洗涤5 min，并重复3次，然后进行电化学活化处理，即在0．5 mol／L的H2SO4中于一O．3 V～1．5 V进行循环伏安(CV)扫描，直到获得稳定的循环伏安响应．

储备液的配制

血红蛋白(Hemoglobin，Hb)储备液：称取50 mg牛血红蛋白，用水稀释，并定容至1O ml的容量瓶中，避光4℃保存，使用时逐级稀释．

溶胶一凝胶储备液：在室温下将1ml正硅酸乙酯，0．2ml 0．1 mol／L的HC1和3 ml 水、1Oml乙醇混合于20ml密封瓶中，超声震荡30min，至形成均一溶胶液，密封存放于阴暗处．

表面活性剂储备液：称取0．25 g十六烷基三甲基溴化铵，加10ml乙醇溶解，用水定容至25ml，密封保存．

Hb／Sol—Gel／GC修饰电极的制备

取配制好的溶胶一凝胶储备液和表面活性剂储备液各1 ml，搅拌均匀后加入0．5 ml血红蛋白(Hemo—globin，Hb)储备液，置于一密闭容器中超声震荡5 rain，使其分散均匀．吸取8 L该溶液，均匀涂敷在玻碳电极表面，置于4℃冰箱中干燥10 h以上，即可制得Hb／Sol—Gel／GC修饰电极．该电极不用时可将其置于邻苯二甲酸氢钾缓冲液(pH一6)中并放入4℃冰箱中保存．相同条件下制备Sol—Gel／GC 电极作为比较电极．

电化学实验采用三电极体系：Ag／AgCl(饱和KC1)电极为参比电极、铂丝为辅助电极、Hb／Sol—Gel／GC

修饰电极为工作电极；缓冲液为邻苯二甲酸氢钾缓冲液(pH 一6)．实验时先向溶

液中通氮气10 min，并保持缓冲液在实验过程中的氮气气氛．

Hb和Sol—Gel的紫外一可见吸收光谱

用紫外一可见吸收光谱考察了Hb在溶胶一凝胶溶液中的吸收曲线，结果如图2所示．其中图2a为溶胶一凝胶溶液的Soret吸收带曲线，图2b为Hb的Soret吸收带曲线，图2c为Hb在溶胶一凝胶溶液中的

Soret

利用溶胶一凝胶技术将血红蛋白固载于玻碳电极表面，并用循环伏安法、方波伏安法和紫外一可见吸收光谱研究了血红蛋白在修饰电极上的电化学行为．实验发现血红蛋白包埋在溶胶一凝胶中，能在玻碳电极上实现蛋白质的直接电子转移，表明溶胶一凝胶与血红蛋白有较好的生物兼容性．实验同时找出了Hb／Sol—Gel ／

GC修饰电极的最佳制备条件，表明该传感器具有制作方法简单，有较好重现性、稳定性以及高灵敏度等优

4 基于掺杂碳纳米管的复合体系电化学生物传感器

碳纳米管(CNTs)具有特殊的结构特征，独特的电学和力学性质。由于CNTs有较高的电催化能力，并能促进酶反应的电子传递，因此已逐渐用于生物传感器的制作_j ]。Rubianes等跚率先研究了CNTs修饰电极的性能，证明了CNTs具有电化学催化能力。Wang等 ]研究了用萘酚分散CNTs用于制备安培型生物传感器，并报道了将CNTs分散在Teflon中，利用cNTs／Teflon复合膜制备电化学传感器和生物传感器。铂纳米颗粒(NSPt)因其独特的催化能力而引起人们的重视。由于它能促进电子转移并容易在电极上修饰，因此也逐渐用于电极设计和制作 ]。

通过将多壁碳纳米管(MWCNTs)分散于正硅酸四乙酯(TEOS)溶胶一凝胶和含有NSPt的壳聚糖(CHIT)混合体系中，研制了一种新的电化学生物传感器。由于CNTs —NSPt修饰电极结合了CNTs和NSPt二者的优点，因此使研制的生物传感器达到很好的电化学检测效果。在CNTs-NSPt的修饰中，采用溶胶一凝胶技术不但解决了CNTs的分散问题，同时也实现了铂纳米颗粒在玻碳(GC)电极上的固定，使提出的复合膜修饰电极的催化能力和灵敏度明显提高”]。本文将葡萄糖氧化酶(GOx)加入到上述复合体系中，制备了一种性能优良的葡萄糖生物传感器。循环伏安分析和电流分析测量在CHI760电化学工作站中进行。NSPt—CHIT透射电镜(TEM)图

像由Hitachi H一800(Hitachi，Tokyo，Japan)获得。扫描电子显微镜(SEM)图像由JSM-5600LV(JEOL，Ltd．Japan)获得。电化学实验采用三电极系统：以修饰玻碳电极(GC)为工作电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，铂电极为对电极。所有测量和报道的电位均相对于SCE，所有实验均在室温下进行。

MWCNTs的净化

多壁碳纳米管(MWCNTs)根据文献l_1 5]方法进行净化。即100 mg MWCNTs在400℃条件下氧化 30 rain以除去无定形碳颗粒。为了除去金属氧化物催化剂，将氧化的CNTs分散到60 mL 6．0 mol／LHC1中超声搅动4 h，并洗至溶液呈中性，然后在室温下干燥。

溶胶一凝胶的制备

溶胶一凝胶参照文献[19]方法制备。即将10．4 g TEOS，1．8 g水，4．6 g乙醇，30 L 0．1 mol／L HC1及10 L Triton X一100混合，在室温下搅动4 h左右，直至获得澄清溶液。

含有铂纳米颗粒壳聚糖的制备

0．5wt CHIT溶液制备如下：将50 mg壳聚糖溶解于10 mL 1．0 乙酸中，在室温下搅拌3 h，直至完全溶解。再用浓NaOH溶液将pH 值调至3．0～4．0，然后加入1 mL 0．01 mol／L HzPtC1 ，超声10min，最后加入0．05 mL新配制的5 NaBH 溶液将高价铂还原成铂纳米粒子。

电极的修饰

玻碳电极(GC，直径4 ram)首先用金相砂纸和氧化铝打磨抛光，超声10 min，并用蒸馏水冲洗。将0．5 mL TEOS溶胶一凝胶溶液和0．5 mL含有铂纳米颗粒的壳聚糖溶液混合，然后将6 mg净化的MWC—NTs分散于该混合液中。取8 L配制的分散液滴在玻碳电极上，并在室温下干燥。

葡萄糖生物传感器的制备

将1 mg葡萄糖氧化酶溶解于50 L CNTs—NSPt分散液中，取8 L所得的混合液滴加在GC电极上，在冰箱中4℃干燥保存。

电镜分析

图1A是NSPt—CHIT典型的TEM 图像。壳聚糖中分散均匀的NSPt平均尺寸为30 nm 的球形颗粒。在4℃的条件下，将壳聚糖在黑暗处放置两个月后仍看不到明显的团聚，表明铂纳米粒子在壳聚糖中很稳定。图1B为用乙醇分散的MWCNTs的典型SEM 图像。如图所示，净化的MWCNTs具有中空结构，直径为30~80 nm。从图中还可以看出，MWCNTs大部分表面分布良好，基本以小束或单管形式存在。

考察了CNTs—NSPt复合膜修饰电极在不同扫速下的循环伏安(CV)行为。图2为扫

速在0．01～0．4V／s范围内，修饰电极对包含0．2 mol／L KC1的20 mmol／L Fe(cN) 一的循环伏安图。图中可以清楚地看到伏安响应的变化很大。阳极和阴极峰电流都随扫速的增大而增大，表明是准可逆行为。在扫速1O～400 mV／s范围内，峰电流和扫速的平方根成线性关系(内插图)，相关系数为0．995。作为对照，分别用CHIT+NSPt、TE0S+CNTs并和TEoS+CNTs—NSPt固定在GC电极上测试电极的性能。三种电极对连续加入2 mmol／L H。O。的电流响应如图3所示。NSPt修饰的玻碳电极，响应信号微弱，CNTs修饰的玻碳电极对双氧水浓度的改变响应迅速，但其灵敏度不如CNTs—NSPt复合膜修饰电极。CNTs—NSPt复合膜修饰电极的电流响应值比CNTs修饰电极大3．5倍，比NSPt修饰电极大8 倍。结果表明这种复合膜修饰电极具有CNTs和NSPt的协同效应，使电极对H O 有较宽的检测范围。此外，电极对H O 的响应快速，稳定。实验考察了MWCNTs浓度对电极响应的影响。通过改变MWCNTs的浓度，比较电极对H O 的电流响应。实验表明，MWCNTs的浓度从2 mg

／mL增大到6 mg／mL时，电极的灵敏度也随之提高。但MWCNTs的浓度继续增大时，复合膜的机械稳定性变差，本文选用MWCNTs浓度为6 mg／mL。

葡萄糖生物传感器的响应特征

利用CNTs—NSPt复合膜修饰的玻碳电极具有良好的电化学响应，通过固定葡萄糖氧化酶可制备葡萄糖传感器。制膜中发现，CHIT与TEOS溶胶一凝胶的体积比较小时，膜易碎，体积比过大时，则酶易泄漏，二者都影响传感器的稳定性。实验中取两者的体积比为1：1。图4为分别采用CNTs／GOx和CNTs—NSPt／GOx修饰膜的两种葡萄糖生物传感器对连续加入0．2 mmol／L葡萄糖

的电流响应，可见两种传感器对葡萄糖的响应都很快速，但CNTs—NSPt／GOx膜的传感器具有较大的响应信号和较宽的线性范围。测得CNTs—NSPt／GOx膜传感器的线性范围为0．05～8 mmol／L，相关系数为0．996，响应时间和检出限(S ／N一3)分别为3 S，10 gmol／L。本文中的复合膜电极，由于结合了CNTs和NSPt 二者共同的催化能力，利用了两者之间的协同效应，能实现在较低电位条件下对葡萄糖的检测，因而可显著减少一些氧化还原物质对测定的干扰。对1 mmol／L 的葡萄糖连续测定10次，测得响应电流值的相对标准偏差为4．5 ，电极的重现性较好。用同样的方法制备6支电极，分别用于测定1 mmol／L的葡萄糖溶液，测得响应电流值的相对标准偏差为5．2 ，表明此方法的重复性较好。该电极使用一个月后(约反复使用80次)，电流响应值为原始值的85 ，表明采用溶胶一凝胶技术所制得复合膜酶传感器具有较长使用寿命。为了对提出的电化学生物传感器进行初步评价，测定了尿样中葡萄糖的回收试验。尿样稀释100倍，改变加入尿样中的葡萄糖的浓度进行回收率测定，结果见表1。可见该传感器测得的回收率为95．0 ～103．3％。

5 结论与展望

以上综述了溶胶凝胶技术在电化学传感器中的应用及进展，国家标准方法(分光光度法)仅能测定苯酚、邻甲酚、间甲酚，无法测定其它酚类。而采用溶胶一凝胶法对苯酚、邻甲酚、对氯苯酚、邻苯二酚、间甲酚响应较好。生物酶同含有苯及苯系物的化工废水接触将很快失活，采用溶胶一凝胶法在碳糊中固定生物酶制备生物传感器，解决了此问题。采用溶胶-凝胶技术将金纳米粒子和葡萄糖氧化酶一次性固定于硅溶胶-凝胶的网络结构中，制备了葡萄糖生物电化学传感器。该酶电极灵敏度高、响应快、稳定性好。血红蛋白包埋在溶胶一凝胶中，能在玻碳电极上实现蛋白质的直接电子转移，表明溶胶一凝胶与血红蛋白有较好

的生物兼容性。在CNTs-NSPt的修饰中，采用溶胶一凝胶技术不但解决了CNTs的分散问题，同时也实现了铂纳米颗粒在玻碳(GC)电极上的固定，使提出的复合膜修饰电极的催化能力和灵敏度明显提高。将葡萄糖氧化酶(GOx)加入到上述复合体系中，制备了一种性能优良的葡萄糖生物传感器。随着纳米技术的飞速发展，纳米材料在医学成像、疾病诊断、药物传输、基因治疗等多个领域显示了巨大的优势。对于生物传感领域而言，纳米材料在光学性能、电学性能、磁学性能、力学性能和化学活性等方面表现出的独特性能使其成为很好的换能器元件；另一方面，生物传感器中的分子运作本身就是基于纳米层次，纳米材料的参与可以将其优良的性能很好地整合到分子运作中，从而改进甚至革新分子运作的体系。鉴于以上特点，溶胶凝胶技术结合纳米材料在生物传感器中的应用将引起越来越多科研工作者的兴趣。

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我国电化学生物传感器的研究进展.

第12卷第6期重庆科技学院学报(自然科学版2010年12月收稿日期:2010-07-20 基金项目:重庆市教委科学技术研究资助项目(KJ101315 作者简介:刘艳(1968-,女,四川乐山人,副教授,研究方向为电化学传感器。在生命科学研究和医学临床检验中,需对各种各样的生物大分子进行选择性测定。据统计,全世界每年要进行数亿次免疫学和遗传学病理检验。常用的检验小型化分析装置和检测方法,成为目前现代分析化学研究领域的前沿课题。 1962年,Clark 提出将生物和传感器联用的设想,并制得一种新型分析装置“酶电极”。这为生命科学打开一扇新的大门,酶电极也成为发展最早的一类生物传感器。生物传感器结合具有分子识别作用的生物体成分(酶、微生物、动植物组织切片、抗原和抗体、核酸或生物体本身(细胞、细胞器、组织作为敏感元件与理化换能器,能产生间断的或连续的信号,信号强度与被分析物浓度成比例。电化学生物传感器是将生物活性材料(敏感元件与电化学换能器(即电化学电极结合起来组成的生物传感器。当前,电化学生物传感器技术已在环境监测、临床检验、食品和药物分析、生化分析[2-4]等研究中有着广泛的应用。本文在此综述电化学生物传感器的工作原理、分类及几个当今研究的热点。 1 电化学生物传感器概述 1.1 电化学生物传感器的原理电化学生物传感器是将生物活性材料(敏感元

件与电化学换能器(即电化学电极结合起来组成的生物传感器。当电化学池中溶液的化学成分变化时,电极上流过的电流或电极表面与溶液的电势差会随之发生变化,这样通过测定电流或电势的变化就可以获取溶液成分或相应的化学反应的变化信息。电化学生物传感器是在上述电化学传感器原理的基础上,以具有生物活性的物质作为识别元件,通过特定反应使被测成分消耗或产生相应化学计量数的电活性物质,从而将被测成分的浓度或活度变化转换成与其相关的电活性物质的浓度变化,并通过电极获取电流或电位信息,最后实现特定物质的检测。如图1所示,这类传感器中使用的生物活性材料包括酶、微生物、细胞、组织、抗体、抗原等等。图1电化学生物传感器的工作原理 1.2电化学生物传感器的类别生物传感器主要包括生物敏感膜和换能器两部分。按照敏感元件所用生物材料的不同,电化学生物传感器分为酶电极传感器、微生物电极传感器、电化学免疫传感器、组织电极与细胞器电极传感器、电化学DNA 传感器等,其中酶电极由于其高效、专一、反应条件温和且具有化学放大作用而成为电化学生物传感器的研究主流。按照检测信号的不同,电化学生物传感器可分我国电化学生物传感器的研究进展刘艳 (长江师范学院,重庆408100 摘

电流型电化学传感器的研究进展

电流型电化学传感器的研究进展作为一种新科技革命和信息社会的重要技术基础，传感技术已成为人们现代生活的重要组成部分。近年来，电化学传感器的研究受到人们的广泛关注。电极系统组成、电极类型、电解液等重要组成部分的选择对于电流型传感器的性能影响尤为关键。文章详细总结了电流型电化学气体传感器的发展状况，阐述了电极系统、电解液类型对传感器性能的影响，并讨论了电流型传感器的未来发展和应用前景。标签：传感器；电极；电解液 1 概述传感器是一种能感应信息并将其转换为可测量信号的器件[1]。作为一种新技术革命和信息社会的重要基础技术，传感器的发展特别迅速，已成为人们现代生活的重要组成部分[2]。按照感性信号不同，传感器可分为物理传感器和化学传感器，化学传感器可以详细划分为电化学式传感器、光学式传感器、热学式传感器和质量式传感器等。其中电化学传感器由于其敏感度高、能耗低、信号稳定等特点，被广泛使用[3，4]。电化学传感器是目前发展最为成熟和应用最广的一类传感器[5]，按照其输出信号的不同可以分为电位型电化学传感器、电流型电化学传感器和电导型电化学传感器[6]。其中电位型傳感器是基于电极电势与被测组分浓度之间的关系，通过电极电势的变化来感知浓度的变化。电导型传感器是基于被测物质氧化或还原后电解质溶液电导变化实现检测的。本文主要介绍电流型传感器及其性能影响因素。 2 电流型传感器电流型传感器是在电位恒定的条件下，使被测物发生定电势电解，基于扩散控制条件下极限电流与浓度的线性关系，从而检测被测物质组分的实时变化的一类传感器[7]。通常也被称为控制电位电解型气体传感器，这种传感器包括供气体进入的气室或薄膜、电极、离子导电性的电解质溶液几部分。电流型传感器是当前业内应用最为广泛的传感器。电流型传感器的工作过程一般包括被测气体进入传感器气室；待测物质通过反应气室到达透气膜附近，并向电极-电解液界面扩散；电活性物质在电解液中溶解；电活性物质在电极表面吸附；扩散控制下的电化学反应；产物脱附；产物离开电极表面的扩散；产物的排除等过程。 3 性能影响因素影响传感器性能的最主要因素包括电极因素和电解液因素两部分，电极因素

纳米电化学生物传感器重点

收稿:2008年3月, 收修改稿:2008年8月 *深圳大学科研启动基金项目(No. 200818 资助**通讯联系人 e 2mail:yang hp@https://www.wendangku.net/doc/47427504.html,. cn 纳米电化学生物传感器 * 杨海朋 ** 陈仕国李春辉陈东成戈早川 (深圳大学材料学院深圳市特种功能材料重点实验室深圳518060 摘要纳米电化学生物传感器是将纳米材料作为一种新型的生物传感介质, 与特异性分子识别物质如酶、抗原P 抗体、D NA 等相结合, 并以电化学信号为检测信号的分析器件。本文简要介绍了生物传感器的分类和纳米材料在电化学生物传感器中的应用及其优势, 综述了近年来各类纳米电化学生物传感器在生物检测方面的研究进展, 包括纳米颗粒生物传感器, 纳米管、纳米棒、纳米纤维与纳米线生物传感器, 以及纳米片与纳米阵列生物传感器等。关键词生物传感器电化学传感器纳米材料生物活性物质固定化中图分类号:O65711; TP21213 文献标识码:A 文章编号:10052281X(2009 0120210207 Nanomaterials Based Electrochemical Biosensors Y ang Haipeng **

Chen Shiguo Li Chunhui Chen Dongche ng Ge Zaochuan (Shenzhen Key Laboratory of Special Functional M aterials, College of Materials Science and Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China Abstract Biosensors w hich utilize immobilized bioac tive compounds (such as enz ymes, antigen, antibody, D N A, etc. f or the c onversion of the target analytes into electroc he mically detectable products is one of the most widely used detection methods and have become an area of wide ranging research activity. The advances in biocompatible nano technology make it possible to develop ne w biosensors. A variety of biosensors with high sensitivity and excellent reproducibility based on nano technology have been reported in recent years. In this paper, the development of the researches on nano amperometric biosensors, one of the most important branches of biosensors, is revie wed. Nanoscale architectures here involve nano 2particles, nano 2wires and nano 2rods, nano 2sheet, nano 2array, and carbon nanotube, etc. Remarkable sensitivity and stability have been achieved by coupling immobilized bioactive compounds and these nanomaterials. Key words biosensors; electroche mistry sensors; nanomaterials; bioactive compounds; immobiliz ation Contents 1 Introduction to biosensors 2 Nanomaterials based electrochemical biosensors 2. 1 Challenges and developments of biosensors 2. 2 Introduction of nanomaterials 2. 3 Nanomaterials based electrochemical biosensors 2. 3. 1 Nano particles based electrochemical biosensors

电化学葡萄糖传感器研究进展_吴爱坪

2015年第23期科技创新科技创新与应用电化学葡萄糖传感器研究进展吴爱坪（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏苏州215000）葡萄糖检测在医学、食品、生物技术及工业等领域有着广泛的应用，例如在医学上，常用电化学葡萄糖检测试条对病人血液、尿液或是唾液中的葡萄糖进行检测，从而指导饮食调节或是调整糖尿病用药，有助于糖尿病病情的治疗与控制；在食品方面，葡萄糖常见的碳水化合物，分析食品中（如饮料、果汁等饮品中）的葡萄糖含量也十分必要；葡萄糖含量的多少对微生物的发酵过程也有一定的影响；此外葡萄糖电化学传感器也用于检测工业废水中葡萄糖的含量。采用电化学传感器检测葡萄糖，其线性检测范围宽、灵敏度高、成本比较低，近年来，获得快速发展，已成为目前研究和应用最多的生物传感器。 1电化学酶传感器酶传感器一般是由固定化酶和电极组合构建而成。利用酶的高度专一性及催化性，将酶作为生物传感器的敏感元件，从而实现生物分子，如糖类、醇类、有机酸化合物、氨基酸化合物的浓度检测。用于葡萄糖检测的酶常为葡萄糖氧化酶。根据检测过程中传感器的电荷传递机理不同，主要有以下几种类型的电流型葡萄糖传感器。 1.1氧气作为电子传递介体在葡萄糖氧化酶存在的条件下，葡萄糖和氧气反应生成葡萄糖酸和双氧水，葡萄糖浓度的变化与双氧水或是氧气的浓度变化成线性关系。采用电化学方法检测过氧化氧的浓度和氧浓度可实现葡萄糖浓度的检测。张彦等采用壳聚糖固定化葡萄糖氧化酶生物传感器测定葡萄糖的含量，通过电极检测氧气消耗量，并依据反应中消耗的氧气与葡萄糖的浓度成正比的关系，建立了检测葡萄糖含量的电化学方法[1]。由于这类传感器借助于中间物质氧气或是双氧水，极易受检测环境的影响，如氧气不足时，难以对高浓度的血糖进行测定；双氧水浓度过高还容易导致酶的失活[2]。 1.2利用电子媒介体代替氧气作为电子受体电子媒介体，是指能将酶反应过程中产生的电子从酶反应中心转移到电极表面，从而使电极产生相应电流变化的分子导电体。其克服了葡萄糖酶传感器受氧气限制的缺点。电子媒介体能够使电子在酶的氧化还原中心与工作电极表面之间进行快速、往复传递。常见的电子媒介体有有机染料、二茂铁及其衍生物、醌及其衍生物、四硫富瓦烯、富勒烯及导电有机盐等。陈国松等用电子媒介体硒杂二茂铁制备得到的葡萄糖电极[3]；莫昌莉等以蔡酚绿B为介体制备葡萄糖传感器，加入葡萄糖标准溶液前后对蔡酚绿B进行循环伏安扫描，根据蔡酚绿B氧化峰的电流值与葡萄糖浓度成正比从而实现葡萄糖的定量测定[4]。 1.3无介体传感器其主要特点就是不经过酶与电极间电子交换，酶自身与电极之间直接进行电子转移。由于氧化还原活性中心深埋在葡萄糖氧化酶的分子内部，电子无法与电极表面以足够快速率进行转移，因此增强电子转移速度、缩短其与电极的距离是无介质传感器的研究热点。通常主要通过将酶共价键合在修饰电极表面、或将酶固定在导电聚合物修饰电极表面，达到酶催化反应的专一和高效。蔡称心等利用吸附的方法将葡萄糖氧化酶固定到CNT/GC电极表面，形成GOx-CNT/GC电极，通过葡萄糖氧化酶的直接电子转移实现葡萄糖的检测[5]，Xinhuang Kang等采用葡萄糖氧化酶-石墨烯-壳聚糖修饰电极实现葡萄糖的直接电化学检测，借助于石墨烯的高比表面积和高导电性，实现葡萄糖氧化酶在电极表面的高吸附量，并加快了葡萄糖氧化酶与电极之间的电子传递速度[6]。 2电化学非酶传感器酶的活性容易受到外界环境影响这一缺点限制了酶传感器的应用，通过在电极上修饰对葡萄糖有催化作用的材料构建非酶葡萄糖传感器越来越引起人们的关注。常见的用于构建非酶葡萄堂传感器的材料主要有金属纳米材料如Au、Ag、Pt等、金属合金如Pt-Pb、金属纳米氧化物纳米CuO等、碳纳米管、石墨烯、聚合物膜、水滑石等。非酶葡萄糖传感器克服了酶容易失活这一缺点，表现出良好的重现性及稳定性。纳米材料由于其尺寸效应等具备良好的催化性能，越来越广泛应用于电化学传感器的研究中。丁海云等将制备了Cu纳米粒子修饰电极，其与大粒径的Cu粒子修饰电极相比较，Cu纳米粒子修饰电极对葡萄糖的检出限更低[7]，罗立强等制备氧化铜－石墨烯纳米复合物修饰电极，测定人血清样品，其结果与生化分析仪得出的结果基本一致[8]。特殊形状的纳米结构性能更佳，王蕊通过电沉积的方法在金电极表面制备了具有三维Pt-Pb“纳米花”状纳米结构，其电活性面积和电催化活性都有极大的提高，且稳定性和选择性也很好[9]。黄新堂等制备钛基底上镍－铝水滑石纳米片阵列无酶葡萄糖传感器电极CN101598697A。电极表面的聚合物膜可以消除干扰，提高电极选择性。俞建国等制备的修饰过氧化聚吡咯膜的微镍电极用于葡萄糖的检测，有效的减少了常见的干扰物质（如抗坏血酸、尿酸）对检测结果的干扰，提高修饰电极的稳定性[10]。 3结束语酶传感器具有高度的专一性，非酶传感器具备良好的稳定性，两者均具备自己的优势，无论哪种传感器，其最终目的是实现葡萄糖传感器的高效、专一、长期检测。未来在酶传感器的酶的活性保持及非酶传感器的专一性等方面的研究将会是葡萄糖电化学传感器的研究热点。参考文献 [1]张彦，等.壳聚糖固定化葡萄糖氧化酶生物传感器测定葡萄糖的含量[J].分析化学，2009，37（7）：1049-1052. [2]Guilbault G Q Lubrano G G.An enzyme electrode for ampero－metric determination of glucose[J].Analytica ChimicaActa，1973，64（3）：439-455. [3]陈国松，等.CN102297886A[P].2011 [4]莫昌莉，等.以蔡酚绿B为介体的葡萄糖生物传感器[J].化学传感器，2003，23（1）：26-31. [5]蔡称心，等.碳纳米管修饰电极上葡萄糖氧化酶的直接电子转移[J].中国科学（B辑），2003，33（6）：511-518. [6]Xinhuang Kang，等.Glucose Oxidase-graphene-chitosan modified e lectrode for direct electrochemistry and glucose sensing[J].Biosensors and Bioelectronics，2009，25：901-905. [7]丁海云，等.纳米铜修饰玻碳电极的制备及其对葡萄糖的催化氧化[J].分析化学，2008，36（6）：839~842. [8]罗立强，等.CN102520035A[P].2012. [9]王蕊.Pt-Pb纳米花修饰无酶葡萄糖传感器的研究[D].天津大学材料学院，2010. [10]俞建国，等.高选择性的镍基无酶葡萄糖微传感器的研制及应用[J].分析化学，2008，36（9）：1201-1206. 摘要：电化学传感器法检测葡萄糖是葡萄糖检测的常见方法，广泛应用于临床检测、食品生产、生物技术、发酵控制等领域，文章介绍了葡萄糖电化学传感器的常见类型及其工作原理，并对其优缺点进行了简单分析。关键词：葡萄糖；电化学传感器；研究分析 63 --

化学传感器的研究进展

武汉工程大学 “E+”国家人才培养模式创新实验区科研训练项目名称：化学传感器的研究进展学生姓名：康福强班级学号： 1306210607 指导教师：李辉成绩评定： “E+”国家级人才培养实验区外语学院制

化学传感器的研究进展摘要：化学传感器是当代信息产业的重要组成部分，其发展迅速，已在人类现代生活中发挥了重要的作用。本文介绍了化学传感器的基本概念，工作原理和分类，在此基础上着重总结了相关最新研究进展，并对化学传感器的发展做出了展望。关键词:化学传感器;研究进展;电流型气体传感器;光纤化学传感器 Abstract：Chemical sensor is an important part of modern information industry, its development is rapid, been in the human has played an important role in modern life.This paper introduces the basic concepts of sensor, the working principle and classification, on this basis mainly related to the latest research progress are summarized, and the prospects are made on the development of chemical sensors. Key words：Chemical sensors;The research progress;Current type gas sensor;Fiber optic chemical sensor 1引言在科学研究和工农业生产、环境保护等很多领域，化学量的检测与控制技术正在得到越来越广泛的应用，而化学传感器是这个过程的首要环节[1]。近儿十年化学传感器的研究和发表明，化学传感器的应用已深入人们现代生活的各个方面，环境的保持和监控，预防灾难和疾病的发生，以及不断提高人们的工农业活力和生活水平，仍然是当前乃至今后相当长时期化学传感器应用的主要领域。本文介绍了化学传感器及其最新研究进展。 2化学传感器 2.1化学传感器的概念化学传感器(chemical sensor)通常描述成一种分析方法，这种分析方法更适合于被称作“分析化验”或者“感觉系统”，但是化学传感器通常是连续的获得数据信息，而感觉系统获得信息是不连续的[2]。在R. W . C atterall的著作[3]中将化学传感器定义为一种装置，通过某化学反应以选择性方式对特定的待分析物质产生响应从而对分析质进行定性或定量测定。此传感器用于检测及测量特定的某种或多种化学物质。 2.2化学传感器的工作原理和分类化学传感器的组成包括具有对待测化学物质的形状或分子结构选择性俘获功能的接受器和将俘获的化学量有效转换为电信号功能的转换器。接受器将待测物的某一化学参数(常常是浓度)与传导系统连结起来。它主要具有两种功能:选择性地与待测物发生作用，反应所测得的化学参数转化成传导系统可以产生响应的信号。分子识别系统是决定整个化学传感器的关键因素。因此，化学传感器研究的主要问题就是分子识别系统的选择以及如何反分子识别系统与合适的传导系统相连续。化学传感器的传导系统接受识别系统响应信号，并通过电极、光纤或质量敏感元件将响应信号以电压、电流或光强度等的变化形式，传送到电子系统进行放大或进行转换输出，最终使识别系统的响应信号转变为人们所能用作分析的信号，检测出样品中待测物的量。化学传感器的种类繁多、原理各异，检测对象儿乎涉及各种参数。通常一种传感器可以

酶电化学生物传感器

酶电化学生物传感器摘要生物电化学传感器是生物传感器中研究最早、种类最多的一个分支，它具有专一、高效。简便、快速的优点，已应用于生物、医学及工业分析等方面。目前，生物传感器正进入全面深入研究开发的时期，各种微型化、集成化、智能化、实用化的生物传感器与系统越来越多。本文就酶电化学生物传感器特点基本结构、原理及其应用展开综述。关键词：生物传感器应用结构酶生物传感器正文：自1962年Clark等人提出把酶与电极结合来测定酶底物的设想后. 1967年Updike和Hicks 研制出世界上第一支葡萄糖氧化酶电极，用于定量检测血清中葡萄糖含量。此后，酶生物传感器引起了各领域科学家的高度重视和广泛研究，得到了迅速发展。酶生物传感器是将酶作为生物敏感基元，通过各种物理、化学信号转换器捕捉目标物与敏感基元之间的反应所产生的与目标物浓度成比例关系的可测信号，实现对目标物定量测定的分析仪器.与传统分析方法相比，酶生物传感辑是由固定化的生物敏感膜和与之密切结合的换能系统组成，它把固化酶和电化学传感器结合在一起，因而具有独特的优点：(1)它既有不榕性酶体系的优点，又具有电化学电极的高灵敏度。(2) 由于酶的专属反应性，使其具有高的选择性，能够直接在复杂试样中进行测定.因此，酶生物传感器在生物传感器领域中占有非常重要的地位. 酶生物传感器的基本结构单元是由物质识别元件(固定化酶膜)和信号转换器(基体电极)组成.当酶膜上发生酶促反应时，产生的电活性物质由基体电极对其响应.基体电极的作用是使化学信号转变为电信号，从而加以检测，基体电极可采用碳质电极(石噩电板、玻碳电极、碳棚电极)、R 电极及相应的修饰电极。当酶电极漫入被测溶液，待测底物进入酶层的内部并参与反应，大部分酶反应都会产生或消耗一种可植电极测定的物质，当反应达到稳态时，电活性物质的浓度可以通过电位或电流模式进行测定。因此，酶生物传感器可分为电位型和电流型两类传感器。电位型传感辑是指酶电极与参比电极间输出的电位信号，它与被测物质之间服从能斯特关系。而电流型传感器是以酶促反应所引起的物质量的变化转变成电流信号输出，输出电流大小直接与底物浓度有关。电流型传感器与电位型传感器相比较具有更简单、直观的效果。其发展也是经历了许多代的更替。第一代酶生物传感器是以氧为中继体的电催化。其缺点(1)响应信号与氧分压或溶解氧关系较大，溶解氧的变化可能引起电极响应的波动；(2) 由于氧的糟解度有限，当溶解氧贫乏时，难以对高含量底物进行测定；(3) 当由酶促反应产生的过氧化氢以足够高的浓度存在时，可能会使很多酶去活化；(4) 需采用较正的电位，抗坏血酸和尿酸等电活性物质也会披氧化，产生干扰信号。第二代酶生物传感器（电子媒介体型）为了改进第一代酶生物传感器的缺点，现在普遍采用的是第二代酶生物传感器，即介体型酶生物传盛器。第二代生物传感器采用了含有电子媒介体的化学修饰层.此化学修饰层不仅能促进电子传递过程，使得响应的线性范围拓宽，电极的工作电位降低，同时，噪声、背景电流及干扰信号均小，且由于排除了过氧化氢，使得酶生物传感器的工作寿命延长.电子媒介体在近十年以来得到迅速发展，使用的媒介体种类也越不越多。第三代酶生物传感器（直接电子传递型）是酶与电极间进行直接电子传递，是生物传感器构造中的理想手段.这种传感器与氧或其它电子受体无关，无需媒介体，即所谓无媒介体传感器，但由于酶分子的电活性中心深埋在分子的内部，且在电极表面吸附后易发生变形，使得酶与电极间难以进行直接电子转移，因此采用这种方法制作生物传感器有一定难度.。到目前为止，只发现辣根过氧化物酶、葡萄糖氧化酶、醋氨酸酶、细胞色素C过氧化物酶、

电化学生物传感器.

电化学生物传感器蔡新霞, 李华清, 饶能高, 王利, 崔大付 (中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室北方基地, 北京100080 E 2mail :. ac. cn 摘要:介绍了电化学生物传感器的分类、基本测试原理和研究进展, 该类传感器可对多种生化参数进行直接实时动态检测, 基于微机电系统(M EMS 加工技术和微电子IC , 电化学传感器在向着微型化、集成化方向发展。关键词:生物传感器; 电化学器件; M EMS 技术; 中图分类号:TP212文献标识码:(07/0820359203 biosensors CAI Xin 2xia , L I Hua 2qing , RAO Neng 2gao , WAN G Li , CU I Da 2fu (S tate Key L ab of T ransducer Technology (North Base , Instit ute of Elect ronics , Chi nese Academy of Sciences , Beiji ng 100080, Chi na Abstract :The system , principle and research progress of electrochemical biosensors were introduced. The electrochemical biosensors can be used for real time detection to various biochemical molecules and would take development on microsystem and integration using M EMS and IC technologies. K ey w ords :biosensors ; electrochemical devices ; M EMS technology ; integration 1引言第一个商业化的生物传感器于1972年由Y el 2low Springs 仪器公司制造, 之后又由Leeds , Northrup 和Beckman 仪器公司相继推出, 这些传感器均用于血糖和尿糖检测的电化学传感器。80年代新型的生物传感器在实验室取得了科研进展, 商家

电化学生物传感器的应用实例zhuyue

电化学生物传感器的应用实例摘要：生物电化学传感器是生物传感器中研究最早、种类最多的一个分支, 它具有专一、高效、简便、快速的优点, 已应用于生物、医学及工业分析等方面。目前，生物传感器正进人全面深人研究开发时期，各种微型化、集成化、智能化、实用化的生物传感器与系统越来越多。相信在不久的将来，生物传感器的面貌会焕然一新。关键词：生物传感器，应用引言生物传感器正是在生命科学和信息科学之间发展起来的一门交叉学科。最早的生物传感器发明于1962年，英国Clark[1]利用不同的物质与不同的酶层发生反应的工作原理，在传统的离子选择性电极上固定了具有生物功能选择的酶，从而构成了最早的生物传感器一一酶电极。生物传感器的研究全面展开是在20世纪80年代，20多年来发展迅速，在食品工业、环境监测、发酵工业、医学等方面得到了高度重视和广泛应用。 1 工作原理及其分类 1.1 工作原理传感器主要由信号检测器和信号转换器组成，它能够感受一定的信号并将这种信号转换成信息处理系统便于接收和处理的信号，如电信号、光信号等。生物传感器是利用生物分子探测生物反应信息的器件。换句话说，它是利用生物的或有生命物质分子的识别功能与信号转换器相结合，将生物反应所引起的化学、物理变化变换成电信号、光信号等。Rogers[2]等人将生物传感器定义为:由生物识别单元，如酶、微生物、抗体等和物理转换器相结合所构成的分析仪器，生物部分产生的信号可转换为电化学信号、光学信号、声信号而被检测。可见，任何一个生物传感器都具有两种功能，即分子识别和信号转换功能。 1.2 主要分类生物传感器的分类方式很多，但根据生物学和电子工程学各自的范畴，主要有以下两种分类方式。 (1)根据生物传感器中信号检测器上的敏感物质分类生物传感器与其它传感器的最大区别在于生物传感器的信号检侧器中含有敏感的生命物质。这些敏感物质有酶、微生物、动植物组织、细胞器、抗原和抗体等。根据敏感物质的不同，生物传感器可分酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免疫传感器等。生物学工作者习惯于采用这种分类方法。(2)根据生物传感器的信号转换器分类

DNA电化学生物传感器总结

DNA电化学生物传感器在生物学方面，随着分子生物学和基因工程领域的迅速发展，人们已经开始对核酸进行更深层次的研究。但是作为核酸研究的一个重要项目——核酸检测的手段却始终落后于其理论研究，而且目前存在的问题主要是核酸检测的操作繁琐，检测速度较慢。尤其是分子杂交检测技术，现已广泛应用于生物学、医学和环境科学等有关领域，但其实验过程一直是手工操作，费时费力。而传统的放射性同位素标记法对时间要求苛刻，安全性差，难以满足各方面的需要。基于这种缺陷下，DNA生物传感器发展成为一种用于检测分子杂交的新型传感器。通过使用DNA生物传感器，使得分子杂交检测在速度有了很大的提高。而在各种DNA生物传感器中目前发展较快的则是DNA电化学生物传感器，下面对这种新型传感器进行介绍。 DNA电化学生物传感器的原理 DNA电化学生物传感器是利用单链DNA(ssDNA)作为敏感元件，通过共价键合或化学吸附固定在固体电极表面，通过电极使ssDNA与目标DNA(靶基因)呈碱基序列互补，在适当的温度、离子强度、pH、缓冲溶液等杂交条件下，探针ssDNA与溶液中的靶基因发生特异性选择杂交，形成双链杂交DNA(dsDNA)，从而导致电极表面结构的变化，再通过加上的电化学标识元素，将所引起电信号(如电压、电流或电导)的变化体现出来的检测特定基因的装置。其具体工作原理见下图。 DNA电化学生物传感器的分类根据电化学标识元素的不同，可以将DNA电化学生物传感器分为三类：（1）具有电化学活性的杂交指示剂。该类标识元素可以与电机表面生成的dsDNA形成复合物，并生成其氧化—还原峰电位和峰电流，通过这种方法对DNA进行检测。（2）在寡聚核苷酸上标记电化学活性的官能团。通过其与电极表面的靶基因选择性的进行杂交反应，生成用于测定的电信号，以此测定DNA。（3）在DNA分子上标记酶作为识别元素。当标记了酶的ssDNA与电极表面的互补ssDNA