第七组（生物概论）生物传感器的应用PPT
- 1. 技术概论生物传感器的应用第七组:xxxx PPT制作：xxxxx 资料查找：xxxx 演讲：xxx
- 2. 目录生物传感器的概述01发展历史和趋势04敏感膜的成膜技术03生物传感器的应用02
- 3. 传统的与先进的传统理化分析物理 化学（容量法、重量法、比色法）物理常学（密度、相对密度、折射率、旋光度）物理量（罐头的真空度、液体的透明度）传统仪器分析光谱分析仪色谱分析仪生物传感器葡萄糖乳酸分析仪SBA-40E葡萄糖乙醇分析仪（操作复杂、低效、成本高）（快速、高效、低成本、具有高选择性）
- 4. 1.概念一.概述 生物传感器由敏感元件(或生物元件、分子识别元件)和信号传导转换器组成，应用生物化学和电化学反应原理，将生化反应信号转化为电信号，经过放大及模/数转换，可以测量出被测物质浓度的一种先进测试仪器，这种新型的传感器具有分子水平的识别功能。电流、电导率、光强、热量、声强测量式、机械式、分子电子式等生物体、组织、细胞、细胞器、细胞膜、酶、感受器、抗体、核酸及单克隆等
- 5. 2.基本组合、分类及特点 （1）基本组成分子识别元件是种薄膜结构， 是将酶、抗原、抗体、细胞等具有生物分子识别功能的材料固定化处理后形成的核心部件，能与被测定物质高度选择性地识别与结合。 信号转换器是将分子识别元件上进行生化反应的反应物或底物的变化量或反应产生的光、热等的强度等捕获后以可遵循的数学关系转换成电信号的元件。根据需要转换的信号不同，所采用的转换器的种类也不同。 电子测量仪：信号放大装置能将信号转换器产生的电信号进行处理、放大后输出而便于测量仪表的测定。电化学电极、离子敏场效应晶体管、热敏电阻、微光管、光纤及荧光计等信号放大装置、 测量仪表
- 6. ①根据生物传感器中生物分子识别元件上的敏感物质可分为酶传感器、微生物传感器、组织传感器、基因传感器、免疫传感器等;②根据生物传感器的信号转换器可分为电化学生物传感器、半导体生物传感器、测热型生物传感器、测光型生物传感器和测声型生物传感器等; ③根据传感器输出信号的方式，可以分为催化型生物传感器、亲和型生物传感器和代谢型生物传感器。（2）分类 （生物传感器一般分为以下三类）碳纳米管的半导体酶传感器
- 7. （3）特点生物传感器与传统的分析方法相比具有如下特点: ①采用固定化生物活性物质作催化剂，价值昂贵的试剂可以重复多次使用，克服了过去酶法分析试剂费用高和化学分析繁琐复杂的缺点; ②专一性强，只对特定的底物起反应，而且不受颜色、浊度的影响; ③分析速度快，可以在一分钟得到结果; ④准确度高，一般相对误差可以达到1%; ⑤操作系统比较简单，容易实现自动分析; ⑥成本低，在连续使用时，每例测定仅需要几分钱人民币; ⑦有的生物传感器能够可靠地指示微生物培养系统内的供氧状况和副产物的产生。
- 8. 3.生物传感器的基本原理 这些信号经转换器转变成电信号后被放大测定，从而间接地测定了被测分子的量。但在某些情况下，被测定分子发生生化反应产生的信号太弱，使转换器无法有效工作时，此时需要将反应信号进行生物放大。所以生物传感器工作的过程主要包括生物分子的特异性识别、生物放大及信号转换。被测定分子敏感材料热焓变化、离子强度变化、pH变化、颜色变化以及质量变化等信号特异反应信号（强弱） 特异性结合的被测定分子的浓度数 学 关 系
- 9. 1.分子识别机制 生物传感器生物分子特异性识别原理是指固定于生物传感器中的生物分子能选择性地与待测样品中的目的成分特异性的结合，不受待测样品中其他物质干扰。 2.生物放大 决定生物传感器（高敏感度）的信号放大装置。作用是指模拟和利用生物体内的某些生化反应，通过对反应过程中产量大、变化大或易检测物质的分析来间接确定反应中产量小、变化小、不易检测物质的(变化)量的方法 3.信号转换 (1)将化学变化转变成电信号 (2)将热变化转变成电信号 (3)将光效应转变成电信号 (4)直接产生电信号酶（E）酶-底物复合物（ES）底物(S)化学变化转变为电信号
- 10. 三.敏感膜的成膜技术 1.概念 敏感膜是生物传感器的分子识别元件，是生物传感器中最重要的部分，在整个生物传感器的制备中很重要。 敏感膜生物活性物质（固定化）酶等生物活性物质限制在一定的空间，也不妨碍底物的扩散①可重复使用； ②具有分子识别功能，能直接进行底物分析； ③样品量要求少； ④除了缓冲液以外，一般无需添加其他试剂； ⑤对样品的浊度和颜色无要求； ⑥分析操作简单，可连续自动测定。目的性质
- 11. 2.活性物质的固定化技术 生物活性单元的固定化技术是生物传感器制作的核心部分，它既要保持生物活性单元的固有特性，又要避免自由活性单元应用上的缺陷。生物活性单元的（固定化技术）决定稳定性、灵敏度和选择性（性能）是否有研究和应用的价值生物传感器①固定化后的生物组分仍能维持良好的生物活性； ②生物膜与转换器须紧密接触，且能适应多种测试环境； ③固化层要有良好的稳定性和耐用性； ④减少生物膜中生物组分的相互作用以保持其原有的高度选择性。条 件吸附法、包埋法、交联法、共价键合法、成模技术：LB模技术、自组装单分子模技术、微乳液凝胶固定化技术、水蒸气定量检测并结合流动技术
- 12. 四.生物传感器的应用 在国民经济的各个部门如食品、制药、化工、临床检验、生物医学、环境监测等方面有广泛的应用前景,已成为世界科技发展的新热点，形成21世纪新兴的高技术产业的重要组成部分，具有重要的战略意义。化学医学物理生物电子技术高新技术高度自动化、微型化与集成化的特点。(一)食品工业 食品工业需要监测及控制食品加工生产过程及检验产品质量，而食品的组成成分极为复杂，要在众多成分共存的情况下测定其中某一种成分，常常需要繁杂的前处理过程，费时、费力。生物传感器的问世，不仅使食品成分分析测定快速、低成本、高选择性成为可能，而且实现食品生产的在线质量控制，给人们带来了安全可靠及高质量的食品，生物传感器在食品工业中主要应用在食品新鲜度的检测、食品滋味与熟度的检测、企品由分分析和食品卫生检测四个方面。
- 13. 1、食品新鲜度的检测 (1)气味传感器（电子鼻传感器）多个传感器对一种气味的响应便构成了传感器阵列对该气味的响应谱，从而对气味质量进行分析与评定。 特点：电子鼻技术响应时间短、检测速度快;测定评估范围广，它可以检测各种不同种类的食品;并且能避免人为误差，重复性好;还能检测一些人鼻不能够检测的气体，如毒气或一些刺激性气体，气敏传感器阵列信号预处理模式识别电子鼻气相色谱原理 金属氧化物半导体 电子鼻是利用气体传感器阵列的响应图案来识别气味的电子系统，它可以在几小时、几天甚至数月的时间内连续地、实时地监测特定位置的气味状况。气味(活性材料)化学转换电信号结果输出嗅神经信号传递系统生物的大脑嗅感受器细胞(气体定性定量分析)
- 14. 便携式终端（电子鼻） （氧化金属）豆制品检测 是分析生产食品后所生成的物质面判断食品生产之后经过了多长时间并预测以后可流通时间的系统。即，可以说是机器识别桢拟化气味并将其信号数字化而进行分析的系统。 以豆腐为检测物，将生产之后过1天的豆腐在5C下进行存放后，利用电子气味传感器进行分析，并将结果输入到电脑中，采用相同方法将过两天的豆腐的数据储存到电脑中。之后包括生产后所经过的日数和存放温度等影响豆腐状态的多种参数进行实验后得到的资料保存到电脑中。此时，将任意豆腐靠到电子气味传感器的时刻，就马上能够知道在几度下保管到了何种程度。
- 15. NeOse的气味监控设备，也就是气味传感器。NeOse的工作过程非常简单，气味发出后，NeOse通过内置的化学传感器以及光学系统相结合来识别这些气味分子，随后，与气味数据库中的气味进行比对。经过15到30秒的时间，如果气味匹配成功，配套的App就会直接给出结果。当然，NeOse设备还可以添加不同的气味到数据库中，而后再进行测试。法国研发公司Aryballe Technologies公司（内置化学传感器）2017年CES展会NeOse的气味监控设备
- 16. 未来微型光谱仪将成为智能手机中的重要元素。可以有测量食物的新鲜程度、营养成分等功能埃因霍温理工大学开发微型光谱仪传感器一个特殊的“光子晶体谐振腔”进行精确的光谱测量。 谐振腔是一种包含于膜中，只有几微米大小的“陷阱”，光线落在其中就不能逃脱，被捕获的光会产生一个可以被测量到的微小电流。如果两个膜之间的距离稍微改变，那么传感器能够检测到的光频率也会变化。使 用
- 17. (二).环境监测 环境监测类型：压力传感器、温湿度传感器、温度传感器、流量传感器、液位传感器、超声波传感器、浸水传感器、照度传感器、光电传感器，环境大气监测传感器 测大气环境监测的监测对象是整个大气,其目的是了解环境污染的情况,进行大气污染质量评价,并提出警戒限度。在环境大气监测中,污染源的监测尤为重要,通过对污染源所排出的有毒、有害物质进行监测,可以掌握其排放是否符合现行排放标准的规定,分析其对大气污染的影响,以便加以控制。 二氧化硫（SO2）是酸雨酸雾形成的主要原因，传统色检测方法很复杂。 测定SO的生物传感器（简便，快速） 将亚细胞类脂类——含亚2硫酸盐氧化酶的肝微粒体固定在醋酸纤维膜上，和氧电极制成安培型生物传感器，可对SO2形成的酸雨酸雾样品进行检测。将固定有类脂质的醋酸纤维膜附着在氧电极两层Telflon气体渗透层之间，当样品溶液经过氧电极表面时，微粒体氧化样品，消耗氧，使氧电极电流随时间延长而减小，10 min达到稳定，从而测出结果。
- 18. 多功用传感器图像传感器智能传感器化学传感器和生物传感器 现在固体图像传感器开展特出，正代替摄像管。它具有体积小、分量轻、寿命长、辨别率髙、功耗低、残留图像少、图像不变形、不易受电磁搅扰、信号易于处置等长处。由于科学技能不断深化开展，除了以物理量为检测参数的物理传感器以外，又出现了以化学物质成分为检测参数的化学传感器。电子计算机与传感器的有机联合，组成了智能传感器的根本框架。多功用化的另一层含意是将传感器与其他功用复合（如温度赔偿、信号处置、实行器等功用〕。生物医学传感器使用中的四个发展方向分析 (二).医学
- 19. 医学传感器脉搏传感器
- 20. 三.发展历史趋势初期:生物传感器含酶的修饰膜葡萄糖PH计、氧电极相应的信号转变1962年（Clark、Lyons） 催化检测（Updike、Hick）葡萄糖生物传感器1967年：初次发展微生物(识别元素)检测物(范围)扩宽1977年 Kambe细胞、DNA、RNA等识别元素现在:传感器技术作为信息技术的三大基础之一,是当前各发达国家竞相发展的高技术,是进入21世纪以来优先发展的十大顶尖技术之一。知识领域（涉及）研究和发展(紧密联系)传感器技术广泛的应用
- 21. 趋势 生物传感器是生命科学和信息科学相结合发展起来的一门交叉学科，它以自身的独特优势在食品工业中获得了广泛的应用。然而，作为一门新技术，它有着极强的生命力，随着科技的发展，生物传感器在食品检测方面将会占据主导的地位。 经过40年的发展,目前已经出现了各种类型的生物传感器,但是由于生物活性物质的不稳定性等缺点,造成生物传感器的重现性和稳定性还较差，目前进入应用阶段的生物传感器还不是很多,所以该技术尚处于起步阶段。但是随着生物学、微电子学等学科的飞速发展,生物传感器也必然会得到极大的发展。 由此可以预见未来生物传感器将具有以下特点:功能多样化、体积小型化、智能化与集成化、低成本、高灵敏度、高稳定性和高寿命。
- 22. 【中国仪器网 行业要闻】导读：扬州大学科研团队成功研制新型生物传感器，已用于检测骨髓瘤、肝炎等疾病的标志物，也可用于检测瘦肉精和农药残留等。研制新型传感器 外观像一个移动电源发现骨髓瘤疾病 检测过程只需20分钟。所以，医院评价委员会认为，该项目成果达到了国际先进水平，所研制的芯片电化学免疫传感系统填补了国内空白，在远程医疗和人类健康保障方面具有广阔的应用前景。新型生物传感器肿瘤检测、食品检测两不误
- 23. 谢谢观看
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