基于多壁碳纳米管的三电极血乙醇生物传感器的研究
DOI ：10.3724/SP.J.1096.2010.00389
基于多壁碳纳米管的三电极血乙醇生物传感器的研究
甄生航
1
郑军
1
邹超世
1
王艳
1
朱洋
2
邓世雄
2
谢国明
*1
王箭
1
1
（重庆医科大学医学检验系，重庆400016）2
（重庆医科大学基础医学院法医研究所，重庆400016）
摘要
采用丝网印刷技术在PVC 基板上印制三电极，将多壁碳纳米管、麦尔多拉蓝、乙醇脱氢酶（ADH ）以
及氧化型辅酶Ⅰ（NAD +
）依次修饰在工作电极表面，然后在该三电极表面贴一层亲水膜，形成一个5μL 反应
池，制成血乙醇检测新型生物传感器检测条。结果表明，此生物传感器具有良好的准确性和稳定性；检测线性范围为0.5 20mmol /L ，r =0.99493；检出限为0.22mmol /L ；电流达到95%稳态时间小于15s 。考察了pH 值、温度及干扰物对生物传感器的影响。用此生物传感器和顶空气相色谱法对10份全血标本乙醇浓度平行测试，两者相关性良好r =0.97583。利用虹吸现象吸取微量全血直接定量测定乙醇浓度是此生物传感器的特点。关键词
血乙醇；丝网印刷技术；多壁碳纳米管；生物传感器
2009-07-02收稿；2009-11-07接受
本文系重庆市科技攻关项目（No.CSTC 2009AC5145）资助项目*E-mail ：guomingxie@https://www.wendangku.net/doc/d42742695.html,
1引言
血乙醇浓度定量检测结果是判断驾驶人员是否饮酒的重要依据。近年来，用生物传感器检测血乙
醇浓度的研究取得了进展。血乙醇生物传感器主要包括乙醇氧化酶（AOX ）［1，2］
和乙醇脱氢酶
（ADH ）［3，4］两种类型。基于ADH 的乙醇生物传感器的特异性和稳定性都优于AOX 型，但是直接氧化
还原型辅酶Ⅰ（NADH ）需要高的超电势，并且氧化产物的堆积会产生钝化作用［5］
，导致电极检测性能下
降。上述方法都是在大体系电解池中进行检测，线性范围不够宽，实际样品采血量大，样品需预处理。
麦尔多拉蓝（MB ）作为电子介体能在低电位下氧化NADH ［6，7］
，减少钝化作用及其它电活性物质的干扰，提高传感器检测乙醇的特异性和稳定性。多壁碳纳米管（MWCNT ）作为一种纳米碳材料，因具有大的
比表面积、好的生物相容性，且可加快电子传递、增加电流响应、提高检测灵敏度和线性范围、降低氧化
NADH 的过电势，而被广泛用于生物传感器的研究中
［3，8 10］。本研究采用丝网印刷技术在PVC 基板上印制三电极，将多壁碳纳米管（MWCNT ）、麦尔多拉蓝（MB ）、乙醇脱氢酶（ADH ）以及氧化型辅酶Ⅰ
（NAD +）依次修饰在工作电极表面，然后在该三电极表面贴上一层亲水膜，形成一个5μL 反应池，制成血乙醇检测新
型生物传感器检测条。结果表明，此生物传感器明显增大了检测线性范围，可对驾驶人员全血直接分析。
2
实验部分
2.1
仪器与试剂
μAUTOLAB Ⅲ电化学工作站（荷兰Ecochemie 公司），
SC-2000顶空气相色谱仪（重庆川仪九厂），YKP-2008?1400手动丝网印刷机（顺德盛江印刷机械厂）。乙醇脱氢酶（ADH ，批号：A3263-15KU ）、氧化型辅酶Ⅰ（NAD +）、5%（m /V ）Nafion117溶液、麦尔多拉蓝（MB ）均购于Sigma-Aldrich 公司，牛血清白蛋白
（BSA ，罗氏诊断试剂公司），羧基化多壁碳纳米管（MWCNT ，纯度>95%，成都有机化学研究所），银浆
427SS 、AgCl 、碳浆423SS （分析纯，Acheson 公司），实验用水均为超纯水，磷酸盐缓冲液（PBS ，0.1mol /L ，pH 8.0），5mmol /L 乙醇底物溶液（PBS 配制），全血乙醇样品取自重庆医科大学法医验伤所。2.2
丝网印刷三电极的制备
在PVC 基板上印刷3根导电银轨道，然后对应各轨道依次印刷碳工作电极、碳对电极和Ag /AgCl
参比电极，工作电极为圆盘状，直径3mm 。最后在导电银条上印刷PVC 绝缘油墨，并留出长0.6cm 的接线端。图1为丝网印刷电极扫描图。
第38卷2010年3月
分析化学（FENXI HUAXUE ）研究简报Chinese Journal of Analytical Chemistry
第3期389 392
图1丝网印刷电极扫描图Fig.1
Scanogram of the screen-
printed electrodes 2.3
三电极血乙醇生物传感器的制备取5%（m /V ）Nafion117溶液、无水乙醇，配制0.5%（m /V ）Nafion-乙
醇溶液，加入MWCNT 后超声1h ，得1g /L Nafion-乙醇-MWCNT 混合液。取此混合液3μL 滴加到工作电极表面，室温干燥后形成一层
Nafion-MWCNT 膜。然后把此电极放入1mmol /L MB 的PBS 中浸泡
10min ，使MB 固定到Nafion-MWNCT 膜中。将2mg ADH ，2mg NAD +
，6mg BSA 溶于200μL PBS 中，取配制好的酶液3μL 滴加到Nafion-MWCNT-MB 修饰的工作电极表面，4?干燥后，在电极工作区的远端和近端分别贴上双面胶层，在其上再复合一层中心有直径1mm 小孔的亲水膜，形成了5μL 的反应池，制成三电极血乙醇生物传感器检测条
。
图2多壁碳纳米管的透射电镜图
Fig.2TEM image of MWCNT 3
结果与讨论
3.1
丝网印刷三电极的电化学特性
3.1.1Nafion 分散MWCNT 的特性
图2为
Nafion 分散MWCNT 的扫描电镜图。MWCNT 在0.5%Nafion-乙醇溶液中分散良好（ 20nm ）。3.1.2
Nafion-MWCNT-MB 修饰丝网印刷三电极
的电化学特性图3为修饰电极在不同扫描速度下
的CV 图。在不同扫描速度下，得到的CV 图对称，
随着扫描速度的增加，氧化峰电流i pa 和还原峰电流i pc 都不断增加，表明固定在Nafion-MWCNT 膜中的MB 可逆性好，氧化峰出现在－0.34V ，还原峰出现在－0.47V ，与文献［7］中的报道有所差别，这可能
与采用丝网印刷三电极系统以及MWCNT 中的羧基解离导致负电荷增加有关。由图3可见，i pa 和i pc 与扫描速度平方根成正比，i pa /i pc ≈1，具有明显的扩散电流特征。
图3修饰电极循环伏安曲线（插图：i pa 和i pc 与扫描速度平方根的关系）
Fig.3Cyclic voltammetric curves of modified electrode （Inset ：i pa and i pc dependence on the square root of scan rates ）
扫描速度依箭头方向（Scan rates according to the direction of arrow ）：20，40，60，80，100mV /s.0.1mol /L PBS （pH 8.0）。
3.1.3不同修饰电极在磷酸盐缓冲液中的循环伏安图
图4为不同修饰电极在PBS 中的CV 图。
曲线a 为在SPE 工作电极上修饰Nafion ，曲线b 为修饰Nafion-MWCNT 混合液，电流值较曲线a 增大。曲线c 为修饰Nafion 后吸附MB ，曲线d 为修饰Nafion-MWCNT 后吸附MB ，两曲线氧化还原峰都比较对称，峰位置相同，说明MB 在两种修饰膜中均能有效地传递电子；曲线d 的峰电流明显比曲线c 大，表明MWCNT 能增加电子传递的有效面
积，起到放大电流信号的作用。图5为传感器在空
白（a ）和底物（b ）溶液中的CV 图。在空白溶液中，有一对对称的氧化还原峰；当加入乙醇后，由于ADH 的催化作用，氧化峰电流增加，且电位基本不变，表明该传感器对乙醇有较灵敏度的响应。3.2pH 值和温度对生物传感器的影响
在pH 6.5 9.0范围内考察了对催化性能的
影响。pH 6.5 8.0时，传感器电流响应逐渐增大；pH >8.0时，响应电流逐渐减小，故实验中缓冲液pH =8.0。随着温度升高，传感器电流响应逐渐增大，但超过30?后电流响应逐渐减小，这是因为温度太高，酶活性降低。因此，本实验温度选择为30?。3.3生物传感器的检测范围、检测限和响应时间
在30?下，采用循环伏安法和计时安培法检测。通过虹吸现象吸取5μL 乙醇标准液，如图5所示，
93分析化学第38卷
图4不同修饰电极在PBS 中的循环伏安图
Fig.4
Cyclic voltammetric curves of different modified
electrodes in PBS
a.SPE /Nafion ；
b.SPE /Nafion-MWCNT ；
c.SPE /Nafion /Mel-dola?s （MB ）；
d.SPE /Nafion-MWCNT /MB.0.1mol /L PBS （pH 8.0）.v ：50mV
/s.
图5三电极传感器对乙醇检测的循环伏安响应图Fig.5
Cyclic voltammetric curves of modified three elec-
trodes biosensor to alcohol
a.未加入乙醇（Without alcohol ）；
b.加入5mmol /L 乙醇（Add in 5mmol /L alcohol ）。v ：50mV /s 。
在－0.34V 处i pa 最大，故工作电位定为－0.34V 。图6
为生物传感器对不同浓度乙醇响应的计时电流
图6生物传感器对乙醇响应的计时电流图
Fig.6Chronoamperometric response of biosensor for
alcohol
乙醇浓度从下到上（Alcohol concentration from bottom to top ）：0，1，5，10，20mmol /L 。插图（Inset ）：生物传感器检测不同浓度乙醇的拟合曲线（Fitting curve of the biosensor various con-centration of alcohol ）。
图。可见，此生物传感器响应速度快，电流达到95%稳态时间小于15s 。插图为不同浓度乙醇响应电流的拟合曲线，在0.5 20mmol /L 内呈线性关系，电流值Δi （μA ）与乙醇浓度C （mmol /L ）符合以下关系式Δi （μA ）=0.00696+0.12428C ，r =0.99493，检出限为0.22mmol /L 。根据Lineweaver-Burk 方程：I /I ss =I /I max +K m /I max C ，式中I ss 为加入底物后的电流强度，C 为底物浓度，
I max 为固定底物浓度后的最大电流，K m 为米氏常数。根据此公式求得传感器修饰ADH 的米氏常数为6.572mmol /L 。3.4干扰实验
在底物溶液中，分别测量加入1mmol /L 甲醇、乙醛、丙酮、异丙醇、异丁醇、多巴胺、尿酸、乳酸、葡萄糖、维生素C 等干扰物前后的电流值，干扰率RF （%）=100?（i b －i a ）/i a （i a ：加入干扰物前电流
值，i b ：加入干扰物后电流值）。各干扰物质的干扰率分别为甲醇2.44%、乙醛－1.57%、丙酮
－2.15%、异丙醇2.83%、异丁醇2.69%、多巴胺1.66%、尿酸－1.82%、乳酸－1.58%、葡萄糖1.49%、维生素C 1.31%，各干扰物对电流响应干扰可忽略。3.5
生物传感器的重复性与稳定性
在同一批次印制的丝网印刷三电极中，随机抽取10根，制成生物传感器，每根对底物溶液重复测3次，取其平均值，计算批内RSD 为3.8%。在4个批次的印制电极中，每批次随机抽取3根，制成生物传感器，分别对底物溶液重复测3次，取其平均值，批间RSD 为4.5%。将此生物传感器于4?保存，20d 后对相同底物溶液检测，电流响应值为初始的96.2%；存放30d 后，电流响应值为初始的94.7%。以上结果表明，此传感器具有较好的重复性和稳定性。3.6
样品检测
从重庆医科大学法医验伤所取酒后驾车人员全血样品10份，分别吸取5μL ，以此生物传感器检测
条直接检测；同时，
用SC-2000气相色谱仪进行平行测定。结果如表1所示，此传感器检测结果与气相1
93第3期甄生航等：基于多壁碳纳米管的三电极血乙醇生物传感器的研究
293分析化学第38卷
色谱法具有良好的相关性，r=0.9758。
表1全血样品乙醇浓度测定
Table1Determination results of alcohol concentration in whole blood samples
血样编号Blood sample number
12345678910
血乙醇生物传感器
0.65 4.568.038.8912.5813.8916.9318.0219.7521.27 Blood alcohol biosensor（mmol/L）
SC-2000气相色谱仪
3.04 6.08 6.959.7711.501
4.9816.0619.3222.3624.74
Gas chromatographs（mmol/L）
致谢感谢上海斯堪生物传感器技术有限公司胡军提供的技术帮助。
References
1LI Sha（李莎），WANG Yan-Yan（王艳艳），ZHAO Zi-Xia（赵紫霞）.Chinese J.Anal.Chem.（分析化学），2008，36（2）：227 230
2H Gulee，A Gce，M Kavanoz，H Coskun，A Yildiz.Biosens.Bioelectron.，2002，17（6）：517 521
3Tsai Yu-Chen，Huang Jing-Dae，Chiu Chian-Cheng.Biosens.Bioelectron.，2007，22（12）：3051 3056
4Zhou M，Shang L，Li B L，Huang L J，Dong S J.Biosens.Bioelectron.，2008，24（3）：442 447
5Deore B A，Freund M S.Chem.Mater.，2005，17（11）：2918 2923
6Zhu L D，Zhai J L，Yang R L，Tian C Y，Guo L P.Biosens.Bioelectron.，2007，22（11）：2768 2773
7LUO Peng（罗鹏），XIE Guo-Ming（谢国明），SONG Fang-Zhou（宋方洲），DENG Shi-Xiong（邓世雄），XU Hua-Jian （徐华健）.Chinese J.Anal.Chem.（分析化学），2007，35（12）：1801 1804
8Arribas A S，Bermejo E，Chicharro M，Zapardiel A.Anal.Chim.Acta，2007，596（2）：183 194
9GAO Zuo-Ning（高作宁），SUN Yu-Qin（孙玉琴），YOU Wei（犹卫）.Chinese J.Anal.Chem.（分析化学），2009，37（4）：553 557
10Santos A S，Pereira A C，Duran N，Kubota L T.Electrochim.Acta，2006，52（1）：215 220
Three Electrodes Biosensor for Alcohol in Whole Blood
Based on Multi-wall Carbon-nanotube
ZHEN Sheng-Hang1，ZHENG Jun1，ZOU Chao-Shi1，WANG Yan1，ZHU Yang2，
DENG Shi-Xiong2，XIE Guo-Ming*1，WANG Jian1
1（Department of Laboratory Medicine，Chongqing Medical University，Chongqing400016）
2（Chongqing Research Institute of Forensic Medicine，College of Basic Medicine，
Chongqing Medical University，Chongqing400016）
Abstract A novel disposable three electrodes blood alcohol biosensor strip was fabricated by a screen printing technique.Multi-wall carbon nanotube（MWCNT），Meldola?s（MB），alcohol dehydrogenase（ADH）and nico-tinamide adenine dinucleotide cofactor（NAD+）were modified on the surface of the carbon working electrode. Then hydrophilic membrane was stuck in the outermost of the three electrodes to make a reaction camera of 5μL.Experimental results indicated that the biosensor possessed good accuracy and stability，the linear response range was0.5－20mmol/L with correlation coefficient of0.9949，detection limit was 0.22mmol/L，and the response time was less than15s.Some influencing factors to the biosensor were inves-tigated，such as the pH，temperature and interferences.Correlation analysis showed that there was a signifi-cant correlation between the methods of biosensor and the headspace vapor phase chromatography in10whole blood samples（r=0.97583）.Small volume whole blood sucked using siphonage to detect blood alcohol directly and quantitatively was the obvious character of the biosensor.
Keywords Blood alcohol；Screen printing technique；Multi-wall carbon nanotube；Biosensor
（Received2July2009；accepted7November2009）
碳纳米管综述
碳纳米管综述 摘要：本文主要介绍碳纳米管的发现及发展过程，并说明碳纳米管的制备方法及其制备技术。同时也叙述碳纳米管的各种性能与应用。 引言：在1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子，这就是现在被称作的“Carbon nanotube”，即碳纳米管,又名巴基管。 正文： 碳纳米管的制备： 碳纳米管的合成技术主要有：电弧法、激光烧蚀(蒸发)法、催化裂解或催化化学气相沉积法(CCVD，以及在各种合成技术基础上产生的定向控制生长法等。电弧法 利用石墨电极放电获得碳纳米管是各种合成技术中研究得最早的一种。研究者在优化电弧放电法制取碳纳米管方面做了大量的工作。 T. W. Ebbeseo[2]在He保护介质中石墨电弧放电，首次使碳纳米管的合成达到了克量级。为减少相互缠绕的碳纳米管在阴极上的烧结，D.T.Collbert[3]将石墨阴极与水冷铜阴极座连接，大大减少了碳纳米管缺陷。C. Journet[4]等在阳极中填人石墨粉末和铱的混合物，实现了SWNTs的大量制备。研究发现，铁组金属、一些稀土金属和铂族元素或以单个金属或以二金属混合物均能催化SWNTs 合成。 近年来，人们除通过调节电流、电压，改变气压及流速，改变电极组成，改进电极进给方式等优化电弧放电工艺外，还通过改变打弧介质，简化电弧装置。 综上所述，电弧法在制备碳纳米管的过程中通过改变电弧放电条件、催化剂、电极尺寸、进料方式、极间距离以及原料种类等手段而日渐成熟。电弧法得到的碳纳米管形直，壁簿(多壁甚至单壁).但产率偏低，电弧放电过程难以控制，制备成本偏高其工业化规模生产还需探索。 催化裂解法或催化化学气相沉积法(CCVD) 催化裂解法是目前应用较为广泛的一种制备碳纳米管的方法。该方法主要采用过渡金属作催化剂，适于碳纳米管的大规模制备，产物中的碳纳米管含量较高，但碳纳米管的缺陷较多。 催化裂解法制备碳纳米管所需的设备和工艺都比较简单，关键是催化剂的制备和分散。目前用催化裂解法制备碳纳米管的研究主要集中在以下两个方面：大规模制备无序的、非定向的碳纳米管;制备离散分布、定向排列的碳纳米管列阵。一般选用Fe, Co、Ni及其合金作催化剂，粘土、二氧化硅、硅藻土、氧化铝及氧化镁等作载体，乙炔、丙烯及甲烷等作碳源，氢气、氮气、氦气、氩气或氨气作稀释气，在530℃~1130℃范围内，碳氢化合物裂解产生的自由碳离子在催化剂作用下可生成单壁或多壁碳纳米管。1993年Yacaman等人[5]采用此方法，用Fe催化裂解乙炔，在770℃下合成了多壁碳纳米管，后来分别采用乙烯、聚乙烯、丙烯和甲烷等作为碳源，也都取得了成功。为使碳离子均匀分布，科研人员还用等离子加强或微波催化裂解气相沉积法制备碳纳米管。 激光蒸发法
生物传感器的研究现状及应用
生物传感器的研究现状及应用 生物传感器？这个熟悉但又概念模糊的名词最近不断出现在媒体报道上，生物传感器相关的研究项目陆续获得巨额的研究资助，显示出越来越受重视的前景。要掌握生命科学研究的前研信息，争取好的研究课题和资金，你怎能不了解生物传感器？ 让我们来看看生物通最近的一些报道： 英国纽卡斯尔大学科学家研发了可用于检测肿瘤蛋白以及耐药性MASA细菌的微型生物传感器。该系统利用一个回旋装置来检测，类似导航系统和气袋的原理。振荡晶片的大小类似于一颗尘埃尺寸，有望可使医生诊断和监测常见类型的肿瘤，获得最佳治疗方案。该装置可以鉴定肿瘤标志物－蛋白以及其它肿瘤细胞产生的丰度不同的生物分子。该小组下一步目标是把检测系统做成一个手持式系统，更加快速方便地检测组织样品。欧共体已经拨款1200万欧元资金给该小组，以使该技术进一步完善。 苏格兰IntermediaryTechnologyInstitutes计划投资1亿2千万英镑发展“生物传感器平台（BiosensorPlatform）”——一种治疗诊断技术。作为将诊断和治疗疾病结合在一起的新兴疗法，能够在诊断的同时，提出适合不同病人的治疗方案，可以降低疾病诊断和医学临床的费用与复杂性，同时具备提供疾病发展和药品疗效成果的能力。目前该技术已被使用在某些乳癌的治疗上，只需在事前做些特殊的测试，即可根据结果决定适合的疗程。这个技术更被医学界视为未来疾病疗程的主流。 来自加州大学洛杉矶分校的研究者使用GeneFluidics开发的新型生物传感器来鉴定引起感染的特定革兰氏阴性菌，该结果表明利用微型电化学传感器芯片已经可以用于人临床样本的细菌检查。GeneFluidics'16-sensor上的芯片包被了UCLA设计的特异的遗传探针。临床样本直接加到芯片上，然后其电化学信号被多通道阅读器获取。根据传感器上信号的变化来判断尿路感染的细菌种类。从样品收集到结果仅需45分钟。比传统方法（需要2天时间）
羧基化多壁碳纳米管修饰电极循环伏安法测定过氧化氢
羧基化多壁碳纳米管修饰电极循环伏安法测 定过氧化氢 【摘要】目的:研究用羧基化多壁碳纳米管修饰电极伏安法测定过氧化氢的浓度。方法:采用涂布法制成羧基化多壁碳纳米管修饰电极；在pH=7.0 KH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液中，采用该修饰电极伏安法测定H2O2。结果:该修饰电极对H2O2有着显著的电催化作用，与裸玻碳电极相比，其灵敏度大大提高，在 1.2×10-6～1.0×10-3 mol/L 浓度范围内，过氧化氢的氧化峰电流与其浓度呈良好的线性关系，检测限为3.1×10-7 mol/L，将该修饰电极用于医用过氧化氢的测定，相对平均偏差为1.2%，平均回收率为97.6%，结果满意。结论:该修饰电极响应快，灵敏度高，稳定性好，寿命长，适合于具有电活性生物分子的测定。 【关键词】碳纳米管学修饰电极伏安法过氧化氢 Abstract: Objective: To study a quantitative method for determination of hydrogen peroxide (H2O2) by voltammetry with multi-wall carbon nanotubes functionalized with carboxylic group modified electrode (CME). Method: The CME was fabricated, which based on the immobilization of multi-wall carbon nanotubes functionalized with carboxylic group. In a medium of KH2PO4-Na2HPO4 buffer solution with pH=7.0，the CME was
碳纳米管电极的制备及应用研究
碳纳米管电极的制备及应用研究 【摘要】：氧化还原蛋白质(酶)的直接电化学研究引起了越来越多研究者的兴趣，这些研究能帮助我们了解蛋白质的结构和蛋白质发生电子传递的机理。由于多数蛋白质分子量较大，其电活性中心很难与电极直接交换电子。为了促进蛋白质和电极的电子传递，研究运用了各种纳米材料修饰电极，如金属纳米颗粒、碳纳米管等。碳纳米管自从被发现后，因为其独特的力学、电子特性以及化学特性成为世界范围内的研究热点之一。因其具有独特的结构、优良的力学性质及杰出的电学性质，碳纳米管在显微镜探针、场发射显示器、超级电容器、分离领域及传感器等领域得到广泛应用。由于碳纳米管的表面效应，即直径小、表面能高、原子配位不足，使其表面原子活性高，易与周围的其它物质发生电子传递作用，在电化学和电分析化学的研究中，如蛋白质的直接电化学和电化学生物传感器的构筑，具备了独特的优势。本文利用碳纳米管优良的物理、化学、电催化性能以及它们良好的生物相容性，结合纳米粒子的小粒径和大的比表面积效应，制备了2种不同类型的多壁碳纳米管修饰电极，实现了血红蛋白的直接电化学，该类修饰电极对过氧化氢等具有良好的生物电催化性质，能用于生物传感界面的构建。采用化学气相沉积法在石英基底上成功制备了直立碳纳米管阵列，并将其制成直立碳纳米管阵列电极，将血红蛋白、葡萄糖氧化酶采用多种方法固定到阵列电极界面上，制备的生物传感器具有较高的灵敏度、较低的检测下限以及快的响应速度。具体内容如下：第一章绪论首先系统介绍了碳纳米管的发现及应用研究，包括
碳纳米管的分类、性能、制备方法、功能化以及应用现状。接着介绍了氧化还原蛋白质(酶)的直接电化学，包括研究意义、研究现状以及纳米材料在蛋白质(酶)生物传感器中的应用。第二章血红蛋白在1-芘丁酸琥珀酰胺酯／碳纳米管和金胶纳米粒子修饰电极上的直接电化学本章采用多壁碳纳米管(MWNTs)、1-芘丁酸琥珀酰胺酯(PASE)和金纳米粒子(AuNPs)构筑生物兼容性薄膜，用于固定血红蛋白生物分子。首先1-芘丁酸琥珀酰胺酯的芘基端可以与碳纳米管的侧壁通过π键合作用形成PASE／MWNTs，然后，血红蛋白(Hb)通过蛋白分子中的胺基与PASE的琥珀酰胺酯基端的亲核取代反应形成胺键，固定到PASE／MWNTs纳米复合材料表面。最后，金胶纳米粒子通过静电作用力吸附血红蛋白分子表面，形成Au／Hb／PASE／MWNTs。采用紫外可见吸收光谱(UV-Vis)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、电化学交流阻抗(EIS)及循环伏安扫描(CV)等方法对电极修饰过程进行表征。实验结果表明，Hb在Au／Hb／PASE／MWNTs／GCE电极表面没有发生变性，能够进行有效和稳定的直接电子转移反应。所得的Au ／Hb／PASE／MWNTs／GCE电极对H_2O_2、TCA、NaNO_2、O_2具有良好的催化还原的生物传感特性。第三章血红蛋白在多壁碳纳米管／金胶纳米粒子和SiO_2层层组装膜电极界面上的直接电化学本章提出一种基于多壁碳纳米管／金胶纳米粒子(MWNTs／Au)，SiO_2溶胶-凝胶和蛋白质层层组装的方法固定血红蛋白(Hb)，制得蛋白质电化学生物传感器。首先将一定量的MWNTs和金胶掺杂在一起后滴涂在玻碳(GC)电极表面，随后先后将一定量的Hb和SiO_2均匀滴涂
生物传感器 检测限
生物传感器检测限 我做了一个生物传感器没有良好的线性范围怎么确定最低检测限呢？大侠们指导下吧 找出一段线性最好的范围，求出他的斜率，此为敏感度！用三倍的背景电流除以敏感度，即为检测极限～～～关键是你所说的没有良好的线性范围我没怎么明白～～ 就是浓度和信号没有线性关系啊以3倍的空白的标准偏差作为检测限可以吗？我是这么理解的，如果没有线性关系的话，很难保证信号是你的目标物引起的～～～ 这样子啊但是随浓度增高信号是变强的就是没有线性关系郁闷死我了 如果你多次重复实验都是这样的一个结果，而且你也确定你的实验没有问题的话，考虑一下能斯特关系，即信号与浓度的-logC之间可有线性关系，一般情况下，电流与浓度之间应该是线性关系，能斯特关系比较多的出现在开路电位与浓度的关系上。 背景电流应该怎样来求？不是太理解，谢谢！ 我认为这是个好问题，当初自己在看文献的时候也产生过这样的疑问。希望论坛上能讨论更多这些研究细节的问题。线性范围和检测极限都是生物传感器重要的性能参数，对它们进行考察和分析在研究中是不可避免。其实也比较容易理解，如果有例子分析说明就好了。下面的图希望对你有帮助。 线性范围：
检测极限：
回归方程形式：y=a+b*x 请教一下：对于生物传感器，线性范围是否最好能有？是不是有的没有良好的线性范围？这样的话，检测下限就不能算出来了？ 我看到有的用3σ计算检测限，用的是空白值的标准偏差。 谢谢！ 不是所有的生物传感器都能得到线性的回归方程。但酶传感器一般是这样的，是由酶催化反应和电化学测试方法决定的。对于DNA传感器，待测物浓度和电流值通常不成线性关系，也就不能简单地线性拟合。但检测局限都是能确定的。也是根据公式Y-Yb=Sb。 3σ中的σ也即上贴公式中的Sb，就是空白值的标准偏差，通过测n次空白值后得到。只是在具体求值的时候，可以用标准偏差S代替，也有书上讲用回归标准偏差代替。
碳纳米管在电化学中的应用
碳纳米管在电化学中的应用 【摘要】对碳纳米管修饰电极的制备方法、应用以及碳纳米管修饰电极的发展趋势作比较全面的综述。 【关键词】碳纳米管；化学修饰电极 Application of the Carbon nanotube in electrochemistry Abstract The methods of preparation, applications and developing trends of carbon nanotube modified electrodes in the field of electrochemistry were reviewed. Key words Electrochemistry Carbon nanotube modified electrodes 碳纳米管，又名巴基管(buckytube)，是1991年由日本科学家饭岛澄男(Sumio Iijima)在高分辨透射电镜(HRTEM)下发现的一种针状的管形碳单质。它以特有的力学、电学和化学性质，以及独特的准一维管状分子结构和在未来高科技领域中所具有的潜在应用价值，迅速成为化学、物理及材料科学等领域的研究热点。目前，碳纳米管在理论计算、制备和纯化生长机理、光谱表征、物理化学性质以及在力学电学、化学和材料学等领域的应用研究方兴未艾，在一些方面已取得重大突破。碳纳米管(CNT)的发现，开辟碳家族的又一同素异形体和纳米材料研究的新领域。 由于CNT具有良好的导电性、催化活性和较大的比表面积，可使过电位大大降低及对部分氧化还原蛋白质能产生直接电子转移现象，因此被广泛用于修饰电极的研究。碳纳米管在作为电极用于化学反应时能促进电子转移。碳纳米管的电化学和电催化行为研究已有不少报道。 1碳纳米管的分类 CNT属于富勒碳系，管状无缝中空，具有完整的分子结构，由碳六元环构成的类石墨平面卷曲而成，其中每个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子发生完全键合，各单层管的顶端有五边形或七边形参与封闭。CNT的径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，具有较大的长径比。由单层石墨片卷积而成的称为单壁碳纳米管(SWNT)，制备时管径可控，一般在1~6 nm之间，当管径>6 nm后CNT 结构不稳定，易塌陷。SWNT轴向长度可达几百纳米甚至几个微米。由两层以上柱状碳管同轴卷积而成的称为多壁碳纳米管(MWNT)，层间距约为0.34 nm。
超级电容器电极材料——碳纳米管
超级电容器电极材料——碳纳米管 超级电容器电极材料——碳纳米管 碳纳米管(Carbon Nano Tubes,Ts)是1991年 NEC公司的电镜专家 Iijima通过高分辨率电子显微镜观察电弧法设备中产生的球状分子时发现的一种管状新型纳米碳材料,如下图所示： 理想Ts是由碳原子形成的石墨烯卷成的无缝?中空的管体,根据管中碳原子层数的不同,Ts 可分为单壁碳纳米管 (Single-walled Nano Tubes SWNTs)和多壁碳纳米管 (Multi-walled Nano Tubes,MWNTs)?Ts的管径一般为几纳米到几十纳米,长度一般为微米量级,由于 Ts具有较大的长径比,因此可以将其看做准一维的量子线?Ts因其独特的力学?电子学和化学特性而迅速成为世界范围内的研究热点之一,并在复合增强材料?场发射?分子电子器件和催化剂等众多领域得到了广泛的应用? Niu等首先报道使用催化裂解法生长的直径为8nm的Ts制备了厚度为25.4μm?比表面积为430m2/g的薄膜电极,在38%的H2SO4水溶液中,获得了49～113F/g的质量比容,而且在频率为11Hz时,其相角非常接近-90°,并且具有大于 8kW/g的高功率? E.Frakcowaik等以钴盐为催化剂,二氧化硅为模板催化裂解乙炔制得比表面积为400m2/g 的MWNTs,其比容量达135F/g,而且在高达50Hz的工作频率下,其比容量下降也不大?这说明Ts的比表面 积利用率?功率特性和频率特性都远优于活性炭?碳纳米管的比容与其结构有直接关系? 江奇娜等研究了MWNTs的结构与其容量之间的关系,结果发现比表面积较大?孔容较大和孔径尽量多的分布在30～40nm区域的 Ts会具有更好的电化学容量性能?从Ts的外表来看,管径为30～40nm?管长越短?石墨化程度越低的Ts的容量越大?另外,由于SWNTs通常成束存在,管腔开口率低,形成双电层的有效表面积低,所以MWNTs更适合用做双电层电容器的电极材料?由于Ts的绝大部分孔径都在2nm以上,而2nm以上的孔非常有利于双电层的形成,所以Ts电容器具有非常高的比表面积利用率,但由于Ts的比表面积都很低,一般为100～400m2/g,所以Ts的比容都较低? 提高Ts比容的最直接办法是提高其比表面积,采用高速球磨将Ts打断能在一定程度上提高Ts的比表面积,进而提高其比容?另外,通过化学氧化或电化学氧化的方法在Ts表面产生电活性官能团,利用这些表面官能团在充放电过程中产生的赝电容也可以有效提高Ts的比容?Ts与金属氧化物或导电聚合物相复合,可以制备同时具有双电层电容和法拉第赝电
生物传感器原理及应用
Chapter １生物传感器 （Biosensors） ? 1.1 Generalization（概述）? 1.2 Principle （基本原理）? 1.3 Classification（分类）? 1.4 Application（应用）
1.2 生物传感器工作原理 被测对象生物敏 感膜 （分子 识别感 受器） 电 信 号 换 能 器 物理、化学反应 化学物质 力 热 光 声 . . . 图16-1 生物传感器原理图
BIOSENSORS 1.2 生物传感器原理 无论是基于电化学、光学、热学或压电 晶体等不同类型的生物传感器，其探头均由 两个主要部分组成，一是感应器，它是由对 被测定的物质（底物）具有高选择性分子识 别功能的膜构成。二是转换器，它能把膜上 进行的生化反应中消耗或生成的化学物质， 或产生的光、热等转变成电信号，最后把所 得的电信号经过电子技术的处理后，在仪器 上显示或记录下来。
换能器（T r a n s d u c e r ）感受器（R e c e p t o r ）= 分析物（Analyte ） 溶液（Solution ）选择性膜（Thin selective membrane ） 识别元件（Recognition ）生物传感器工作机理 测量信号（Measurable Signal ） BIOSENSORS
（1）将化学变化转变成电信号 酶传感器为例,酶催化特定底物发生化学反应,从而使特定生成物的量有所增减。用能把这类物质的量的改变转换为电信号的装置和固定化酶耦合,即组成酶传感器.常用转换装置有氧电极、过氧化氢。
碳纳米管纳米材料的应用要点
碳纳米管及其复合材料在储能电池中的应用摘要碳纳米管具有良好的机械性能和导电性、高化学稳定性、大表面积以及独特的一维结构，选择合适的方法制备出碳纳米管复合材料，可以使其各种物理化学性能得到增强，因而在很多领域有着极大的应用前景，尤其是在储能电池中的应用。本文分析了碳纳米管及其复合材料的特点，总结了碳纳米管的储锂机理，对其发展趋势作了展望。 关键词碳纳米管复合材料储能电池应用 Abstract carb on nano tubes(CNTs) are nano meter-sized carb on materials with the characteristics of unique one-dimensional geometric structure large surface area high electrical conductivity，elevated mechanical strength and strong chemical inertn ess. Selecti ng appropriate methods to prepare carb on nano tube composites can enhance physical and chemical properties , and these composites have a great future in many areas especially in energy storage batteries . In this paper, based on the analysis and comparis on of the adva ntages and disadva ntages of carb on nano tube composites the enhan ceme nt mecha ni sms of the CNTs catalysts are in troduced. Afterwardthe lithium ion storage properties are summarized according to the preparation methods of composite materials. Finally, the prospects and challenge for these composite materials are also discussed. Keywords carb on nano tube; composite; en ergy storage batteries; applicati on 1引言 碳纳米管(CNTs)在2004年被人们发现，是一种具有特殊结构的一维量子材料,它 的径向尺寸可达到纳米级，轴向尺寸为微米级，管的两端一般都封口，因此它有很大的强度，同时巨大的长径比有望使其制作成韧性极好的碳纤维。碳纳米管由于其独特的一维纳米形貌被作为锂离子电池负极材料广泛研究，通过对碳纳米管进行剪切，官能化及掺杂等方法进行改性处理，能有效的减少碳纳米管的首次不可逆容量，增加可逆的储锂比容量。此外，碳纳米管的中空结构也成为抑制高容量金属及金属氧化物体积膨胀理想复合基体。本文中，我们研究了碳纳米管的储锂性能，考察了碳纳米管作为锡类复合材料基体，其内部限域空间对高容量金属及金属氧化物的储锂性能促进的具体原因。该研究结果为碳纳米管以及其他具有限域空间的结构在锂离子电池中的应用提供了参考。 2碳纳米管的储锂机理和应用 相比广泛应用的石墨类材料，碳纳米管在锂离子电池负极材料中有其独特的应用优势。首先，碳纳米管的尺寸在纳米级，管内及间隙空间也都处于纳米尺寸级，因而具有纳米材料的小尺寸效应，能有效的增加锂离子在化学电源中的反应活性空间；其次，碳纳米管的比表面积较大，能增加锂离子的反应活性位，并且随着碳纳米管的管径减小其表现出非化学平衡或整数配位数的化合价，储锂的容量增大；第三，碳纳米管具有良好的导
生物传感器的发展现状与趋势
生物传感器的应用与发展趋势 摘要：生物传感器是一门由生物、化学、物理、医学、电子技术等多种学科互相渗透成长起来的高新技术, 是一种将生物感应元件的专一性与一个能够产生和待测物浓度成比例的信号传导器结合起来的分析装置，具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、能在复杂的体系中进行在线连续检测的特点。生物传感器的高度自动化、微型化与集成化，减少了对使用者环境和技术的要求，适合野外现场分析的需求，在生物、医学、环境监测，视频，医药及军事医学等领域有着重要的应用价值。 关键词：生物传感器;应用;发展趋势 1生物传感器 从几百年以前,人类就已经在使用生物传感器,而生物传感器的研究始于1962年,Clark和Lyons首先提出使用含酶的修饰膜来催化葡萄糖,用pH计和氧电极来检测相应的信号转变。1967年,Updike和Hick 正式提出了生物传感器这一概念,并成功制备了第一支葡萄糖生物传感器,这一工作对生物学来说具有里程碑意义。生物传感器研究的全面展开是从20世纪80年代开始的,1977年,Kambe等用微生物作识别元素制备了生物传感器,为拓宽检测物的范围,所用到的识别元素不断得到扩展,如细胞、DNA、RNA、抗体等识别元素先后被应用于生物传感器的构筑中。换能器的种类和质量也不断得到提高和发展,随后细胞、DNA、RNA、抗体等识别元素也被应用于生物传感器中。逐渐从电化学向光谱学、热力学、磁力、质量及声波等方向拓展,这也使得生物传感器在种类和应用领域上得到发展。 1.1 生物传感器简介 生物传感器指对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质与适当的理化换能器如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。 将葡萄糖氧化酶包含在聚丙烯酰胺胶体中加以固化，再将此胶体膜固定在隔膜氧电极的尖端上，便制成了葡萄糖传感器。当改用其他的酶或微生物等固化膜，便可制得检测其对应物的其他传感器。固定感受膜的方法有直接化学结合法；高分子载体法；高分子膜结合法。现已发展了第二代生物传感器:微生物、免疫、酶免疫和细胞器传感器，研制和开发第三代生物传感器，将系统生物技术和电子技术结合起来的场效应生物传感器，90年代开启了微流控技术，生物传感器的微流控芯片集成为药物筛选与基因诊断等提供了新的技术前景。由于酶膜、线粒体电子传递系统粒子膜、微生物膜、抗原膜、抗体膜对生物物质的分子结构具有选择性识别功能，只对特定反应起催化活化作用，因此生物传感器具有非常高的选择性。缺点是生物固化膜不稳定。 在21世纪知识经济发展中，生物传感器技术必将是介于信息和生物技术之间的新增长点，在国民经济中的临床诊断、工业控制、食品和药物分析（包括生物药物研究开发）、环境保护以及生物技术、生物芯片等研究中有着广泛的应用前景。 1.2 生物传感器的分类 生物传感器主要有下面三种分类命名方式： 1．根据生物传感器中分子识别元件即敏感元件可分为五类：酶传感器，微生物传感器，细胞传感器，组织传感器和免疫传感器。相应的敏感材料依次为酶、微生物个体、细胞器、动植物组织、抗原和抗体。 2．根据生物传感器的换能器即信号转换器分类有：生物电极传感器，半导体生物传感器，光生物传感器，热生物传感器，压电晶体生物传感器等，换能器依次为电化学电极、半导体、光电转换器、热敏电阻、压电晶体等。 3.以被测目标与分子识别元件的相互作用方式进行分类有生物亲和型生物传感器、代谢型或催化型生
卟啉_多壁碳纳米管修饰电极的制备及多巴胺的测定.kdh
收稿日期：2009-11-19 作者简介：叶芳(1983-)，女，湖北武汉人，韶关学院化学与环境工程学院助教，主要从事电化学修饰电极的研究. 韶关学院学报·自然科学Journal of Shaoguan University ·Natural Science 2010年6月 第31卷第6期卟啉/多壁碳纳米管修饰电极的制备及多巴胺的测定 叶芳1，南俊民2 （1.韶关学院化学与环境工程学院，广东韶关512005；2.华南师范大学化学与环境工程学院，广东广州510006） 摘要：利用电化学方法在多壁碳纳米管修饰的玻碳电极表面聚合一层无金属卟啉，制备了卟啉/多壁碳纳米管修饰电极，采用循环伏安法研究多巴胺(DA)在不同修饰电极上的电化学行为，并计算得到了不同修饰电极有效面积A eff 以及DA 电化学氧化过程的一些重要参数.实验结果表明，这种双层膜修饰电极具有更为明显的催化效果，微分脉冲伏安结果显示，催化氧化峰电流与DA 浓度在5×10-5mol ·L -1~3×10-7mol ·L -1范围内呈良好的线性关系，检出限达6×10-8mol ·L -1(S/N=3).关键词：电化学；多壁碳纳米管；卟啉；修饰电极；多巴胺 中图分类号：O646.54文献标识码：A 文章编号：1007-5348（2010）05-0062-05 卟啉作为一类天然的大环化合物，因含有多个双键和高度共轭的大∏体系，可以通过聚合方式得到聚合膜，因具有多个电活性中心和优异的光学、电学等特性，从而在光学和光电化学等领域中具有广泛的应用.碳纳米管独特的结构形态和性质使其催化效率提高，因而在电化学传感器和修饰电极方面受到广泛关注［1］.近年来，有关碳纳米管修饰电极研究报道逐年增加，主要的应用研究有：抗坏血酸、多巴胺（DA ）、肾上腺素等生物分子的分离检测［2］，细胞色素C 的直接电子转移［3］，硫化氢的电化学检测［4］等. 本文以多壁碳纳米管(MWNT)修饰的玻碳电极为基底电极，采用电化学方法在其表面聚合一层无金属卟啉，即5-邻(4-溴戊氧基苯基)-10,15,20-三苯基卟啉(o -BrPETPP)膜，制备了o -BrPETPP/MWNT 修饰电极，并将其用于DA 的检测. 1实验部分 1.1仪器与试剂MWNT 为深圳多维新材料有限公司产品.实验中所使用的5-邻(4-溴戊氧基苯基)-10，15，20-三苯基卟啉(o -BrPETPP)由华南理工大学提供.DA (Aldrich-Sigma 公司产品)、十六烷基磷酸(DHP)及其他实验试剂均为分析纯试剂.所用水均为实验室自制二次蒸馏水. 0.05mol ·L -1KH 2PO 4-NaOH 缓冲液(pH=6.0)，其pH 值可分别用0.1mol ·L -1HCl 和0.1mol ·L -1NaOH 溶液调节.CHI660A 电化学工作站(上海辰华仪器有限公司产品)；KQ-50B 超声波清洗器(中国昆山超声仪器厂产品)；PHS-3C 型酸度计（上海雷磁产品）. 实验采用三电极体系：参比电极为饱和甘汞电极（SCE ），对电极为铂电极(213型)，工作电极为裸玻碳电极、MWNT 修饰电极、o -BrPETPP 修饰电极、o -BrPETPP/MWNT 修饰电极. 1.2MWNT 的预处理 将0.2g MWNT 在2mol ·L -1HCl 中超声处理4h ，以纯化MWNT 并除去上面的金属氧化物催化剂；蒸馏水洗至中性，100℃下恒温干燥成粉末.然后将纯化后的MWNT 在80ml 浓混酸(V HNO 3∶V H 2SO 4 =1∶3)混合，室Jun.2010Vol.31No.6
基于碳纳米管修饰电极的酶生物传感器研究进展
基金项目：江西省教育厅科学技术研究项目（GJJ09352）作者简介：万谦（1982~），女，江西九江人，硕士研究生，讲师，主 要研究方向：纳米电化学分析。 *通讯联系人 基于碳纳米管修饰电极的酶生物传感器研究进展 万谦1，2 肖国光2杨平华2樊华1 （1.南昌大学环境与化学工程学院，江西南昌331000；2.九江学院化学化工学院，江西九江332005） 摘要：本文综述了基于碳纳米管修饰电极的酶生物传感器研究进展，介绍了碳纳米管修饰电极的发展及基于碳纳米管修饰电极的酶生物传感器的检测原理及分类；重点介绍了此类传感器在环境农药分析与生命科学分析中的应用。 关键词：碳纳米管修饰电极；酶生物传感器；农药；葡萄糖中图分类号：TQ170.5 文献标识码：A 文章编号：1672-8114（2009） 12-0001-051引言 1991年，Iijima [1]发现了多壁碳纳米管(M ul-ti-walled carbon nanotubes ，M WNTs)；1993年，Iijima [2] 和Bethune [3]又同时发现了单壁碳纳米管（Sin-gle-walled carbon nanotubes ，SWNTs ）。碳纳米管(Carbon Nanotubes ，CNTs)的发现立即得到全世界科学界的广泛关注，人们在不断开发其新的合成途径的同时，也在努力挖掘着它潜在的应用前景。2碳纳米管修饰电极 碳纳米管经过纯化、浓酸回流处理后，可以 与水、N,N-二甲基甲酰胺（DMF ）及nafion 等分散物质形成悬浮液，然后通过微量滴管等直接滴涂或溅射等方法修饰到各种基质电极上，即可制成碳纳米管修饰电极。支持电极有玻碳电极、金电极和铂电极等。 3CNTs 修饰酶生物传感器（EBS ）的检测原理及 分类 3.1检测原理 酶生物传感器的作用机理是在化学电极的敏感面上组装固定化酶膜，当酶膜上发生酶促反应时产生电极活性物质，基础电极对之响应，响应 信号与底物的浓度之间存在线性关系，从而测得 被检测物的浓度。利用CNTs 作为酶的固定材料，同时也作为基础电极的修饰材料制成的传感器即成为新型的碳纳米管修饰酶传感器[4]。3.2CNTs 修饰EBS 的分类3.2.1吸附型CNTs 修饰酶传感器 吸附是一种非常简单有效而又古老的电极 修饰方法， CNTs 可通过范德华力吸附在基础电极表面,有时电极表面还覆盖一层保护膜，以防止 CNTs 流失，同时也起到保护酶的作用。3.2.2糊类CNTs 修饰酶传感器 糊类电极是圆柱状电极，它是由CNTs 和绝缘体，如Nafion 等混合后而制得，其中的CNTs 不仅是电极的修饰物，同时也是该类电极的主体，起着导电的作用。这种宏观修饰像蓄“酶”池一样有很大的酶负载量。 3.2.3共价键合型CNTs 修饰酶传感器 对于Au 、 Pt 、C 等基础电极,采用水相氧化、等离子体氧化、电极氧化、硝酸氧化等预处理，可以在电极表面引入含氧基团，再通过表面有机反应，能以酯键、醚键、酰胺等键合方式将CNT 固定在电极表面。 4基于碳纳米管修饰电极的酶生物传感器的应用4.1基于碳纳米管修饰电极的酶生物传感器在农 药分析中的应用 基于碳纳米管修饰电极的酶生物传感器在 环境分析中，特别是农药分析中有广泛的应用，一般有两种酶修饰的方式，一是采用乙酰胆碱酯与
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
生物传感器
生物传感器 生物传感器(biosensor)对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）与适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。 目录 简介 解释 定义分类 生物研究 结构原理 应用领域 应用实例 简介 生物传感器（biosensor）对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）与适当的理化换能
结构 器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。各种生物传感器有以下共同的结构：包括一种或数种相关生物活性材料（生物膜）及能把生物活性表达的信号转换为电信号的物理或化学换能器（传感器），二者组合在一起，用现代微电子和自动化仪表技术进行生物信号的再加工，构成各种可以使用的生物传感器分析装置、仪器和系统[1]。 1967年S.J.乌普迪克等制出了第一个生物传感器葡萄糖传感器。将葡萄糖氧化酶包含在聚丙烯酰胺胶体中加以固化，再将此胶体膜固定在隔膜氧电极的尖端上，便制成了葡萄糖传感器。当改用其他的酶或微生物等固化膜，便可制得检测其对应物的其他传感器。固定感受膜的方法有直接化学结合法；高分子载体法；高分子膜结合法。现已发展了第二代生物传感器（微生物、免疫、酶免疫和细胞器传感器），研制和开发第三代生物传感器，将系统生物技术和电子技术结合起来的场效应生物传感器，90年代开启了微流控技术，生物传感器的微流控芯片集成为药物筛选与基因诊断等提供了新的技术前景。由于酶膜、线粒体电子传递系统粒子膜、微生物膜、抗原膜、抗体膜对生物物质的分子结构具有选择性识别功能，只对特定反应起催化活化作用，因此生物传感器具有非常高的选择性。缺点是生物固化膜不稳定。生物传感器涉及的是生物物质，主要用于临床诊断检查、治疗时实施监控、发酵工业、食品工业、环境和机器人等方面。 生物传感器是用生物活性材料（酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等）与物理化学换能器有机结合的一门交叉学科，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法。在未来21世纪知识经济发展中，生物传感器技术必将是介于信息和生物技术之间的新增长点，在国民经济中的临床诊断、工业控制、食品和药物分析（包括生物药物研究开发）、环境保护以及生物技术、生物芯片等研究中有着广泛的应用前景。[2] 解释 传感器是一种可以获取并处理信息的特殊装置，如人体的感觉器官就是一套完美的传
生物传感器
第16讲生物传感器 1．什么是生物传感器？ 生物传感器的描述有多种。它们分别是： a)一种能测量生物学信号的装置。 b)一种能“使用仿生学原理”进行感觉的装置。例如：人工鼻 c)一种能探测到生物分子存在的装置。 我们将采用国际理论与应用联合化学会（IUPAC）最新的定义： “通过利用一种能与换能元件在空间上直接接触的生物识别元件提供特殊的定量或半定量的分析信息的完整的综合装置。” 2．生物传感器的用途 z农业、食品和医药工业的质量保证。例如：E-杆菌，沙门氏菌 z监控环境污染和细菌战工具。例如：细菌炭疽热孢子。 z医学诊断。例如：葡萄糖。 z生物化验。例如：DNA微序列
3．生物传感器的分类 A）催化型生物传感器：一种能测量稳态的浓度或含量的信号量的装置。该信号是由于生物催化反应所产生或消除的，且换能器能检测响应的信号。 监控量：ⅰ）产品形成的速度 ⅱ）反应物的消失 ⅲ）反应的抑制作用 生物催化用作： ⅰ）酶 ⅱ）微生物 ⅲ）细胞器官 ⅳ）组织样品 B）亲和性生物传感器：一种包含感受器和换能器的装置，该感受器分子可与被检测分子发生不可逆的键合从而产生物理化学变化，且换能器能响应检测到该变化量。 感受器分子：ⅰ）抗体 ⅱ）核酸 ⅲ）荷尔蒙受体 生物传感器大多常常被用作检测生物源分子，该检测是基于特殊的相互反应。
4．生物传感器的组成 （2） （1） 待测物：化学/生物目标 半透膜（1）：允许待测物优先选择性通过（限制结垢） 检测元件（敏感性生物分子）：提供特殊识别/待测物的检测响应 半透膜（2）：（某些设计）识别过程的副产品优先通过 电极：（基于电化学）：电极之间的离子传导 转换器：把响应检测到的信息转换成可测量的信号 转换元件 电极 （电化学电极） 固定化 生物元件 外部媒介（如：血液） 待测物 （化学目标） 半透膜
生物传感器应用及展望
生物传感器应用及展望 0 引言 有人把21世纪称为生命科学的世纪，也有人把21世纪称为信息科学的世纪。 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。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。 1 工作原理及分类 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 生物传感器中的信号转换器与传统的转换器并没有本质的区别。例如:可以利用电化学
生物传感器
生物传感器 姓名：贾欢欢学号：20102513488 班级：生物技术2班 【摘要】：生物传感器(biosensor) 1：利用生物活性物质分子识别的功能，将感受的被测量信号转换成可用输出信号的传感器。2：利用生物物质(如酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜、微生物、细胞等)作为识别元件，将生化反应转变成可定量的物理、化学信号，从而能够进行生命物质和化学物质检测和监控的装置。 【关键词】：生物传感器识别元件信号转换生物敏感材料 生物传感器是对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）与适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。 1967年S.J.乌普迪克等制出了第一个生物传感器葡萄糖传感器。将葡萄糖氧化酶包含在聚丙烯酰胺胶体中加以固化，再将此胶体膜固定在隔膜氧电极的尖端上，便制成了葡萄糖传感器。当改用其他的酶或微生物等固化膜，便可制得检测其对应物的其他传感器。固定感受膜的方法有直接化学结合法；高分子载体法；高分子膜结合法。现已发展了第二代生物传感器（微生物、免疫、酶免疫和细胞器传感器），研制和开发第三代生物传感器，将系统生物技术和电子技术结合起来的场效应生物传感器，90年代开启了微流控技术，生物传感器的微流控芯片集成为药物筛选与基因诊断等提供了新的技术前景。由于酶膜、线粒体电子传递系统粒子膜、微生物膜、抗原膜、抗体膜对生物物质的分子结构具有选择性识别功能，只对特定反应起催化活化作用，因此生物传感器具有非常高的选择性。缺点是生物固化膜不稳定。生物传感器涉及的是生物物质，主要用于临床诊断检查、治疗时实施监控、发酵工业、食品工业、环境和机器人等方面。 生物传感器是用生物活性材料（酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等）与物理化学换能器有机结合的一门交叉学科，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法。在未来21世纪知识经济发展中，生物传感器技术必将是介于信息和生物技术之间的