0引言
多巴胺(Dopamine ，DA)的化学名称为3,4-二
羟基-β-苯乙胺，是一种广泛存在于脊椎和非脊椎动物中的重要神经递质。1910年，英国科学家
George 首次在实验室合成了多巴胺。1958年，瑞典科学家Nils-魡ke 在化学实验室首次发现多巴胺可以作为神经传递素。得到DA 不只是甲状腺
素和去甲肾上腺素的前驱，而是脑内信息传递者的这一结论使Carlsson 获得了2000年的诺贝尔奖[1]。
DA 是一种神经传导物质，用来帮助细胞传
送脉冲，神经功能失调是精神分裂症和帕金森氏症的重要原因。此外，多巴胺为拟肾上腺素药，具有兴奋心脏、增加肾血流量的功能，广泛用于治
疗神经紊乱、支气管哮喘、高血压、先天性心血性及感染性休克。根据研究，多巴胺还能够治疗抑郁症；而DA 不足则会令人失去控制肌肉的能力，严重时会令病人的手脚不由自主地颤动或导致帕金森氏症。因此，对其在脑、血液、尿和组织中的含量测定方法的研究无论是在生理功能研究还是在临床应用方面都具有重要的实际意义。
测量DA 浓度的方法很多，如滴定法[2]、分光光度法[3]、液相色谱法[4]等。因为DA 的苯环上连有两个羟基，能够被氧化生成醌后再还原成酚，从而具有电化学活性，可以用电化学方法进行测量。电化学方法具有灵敏度高、选择性好等优点，尤其是电化学型生物传感器能够进行活体分析，这一优点是其它方法无法比拟的。DA 在电
多巴胺电化学传感器的研究进展
刘
蓉，钟桐生*，雷存喜
(湖南城市学院化学与环境工程系，湖南益阳413000)
摘
要：多巴胺(DA)是哺乳动物中枢神经系统中的一种非常重要的信息传递物质,与多种病症，如帕金森
病、亨丁顿舞蹈症和多动症等息息相关，因此在日常的检测分析中，建立简单、快速而又准确的分析方法是非常必要的。该文综述了目前所使用的电化学分析测DA 的各种方法及所用的物质，并对DA 电化学传感器发展方向和趋势进行了展望。
关键词：多巴胺；抗坏血酸；传感器；修饰电极；电化学测定
Current development of dopamine electrochemical sensors
Liu Rong,Zhong Tong -sheng *,Lei Cun -xi
（Department of Chemistry and Environmental Engineering;Hunan City University,Yiyang 413000,China ）
Abstract ：Dopamine (3,4-dihydroxyphenyl ethylamine,DA)is an important neurotransmitter and has been related to kinds of illness,such as Parkinson ’s disease,senile dementia,Huntington ’s disease,motivation habit and the regulation of motor function.It is very useful to summarize these thesis which determine dopamine by rapid and simple methods in routine analysis ．The recent progress achieved of electrochemical DA sensor was highlighted in this article,and the effect of different technology and materials on electrochemical DA sensor were discussed.The future development was given at the end of this article.
Key words ：dopamine;ascorbic acid;sensor;modified electrodes;electrochemical determination
*通讯联系人，E-mail ：rongrong8208@https://www.doczj.com/doc/5514279839.html,;tszhong67@https://www.doczj.com/doc/5514279839.html,
Vol．31,No．3Sept ．2011
化学传感器
CHEMICAL
SENSORS
第31卷第3期2011年9月
极表面的反应式为：
抗坏血酸(Ascorbic acid，AA)、多巴胺常共存于大脑和体液中，AA的浓度一般从10-7～10-3 mol/L不等且易被氧化失去两个氢原子而转变成脱氢抗坏血酸，而DA的浓度为10-8～10-6mol/L，AA的浓度远高于DA的浓度，而且在裸电极上两者的氧化电位相近而使氧化峰重叠，如何在高浓度AA存在下测量DA的含量一直是电化学分析家非常感兴趣的并成为电化学分析研究的重要课题之一。另外，尿酸(UA)也与DA和AA共存于体液中，但是因为其含量较低，所以对DA的干扰远不如AA明显，只有少部分的学者在研究AA干扰的同时也研究了UA的影响。
化学修饰电极是以导体或半导体为基底电极，在电极表面嫁接或涂敷具有选择性的单分子、多分子、离子或聚合物的化学物薄膜(从单分子到几个微米)，借Faraday(电荷消耗)反应而呈现出此修饰簿膜的化学、电化学及光学等性质[5]，因其具有高选择性和高灵敏性的检测特点，使得化学修饰电极在分析化学中得到了广泛的应用。在DA的测定中，常见的电极修饰分为以下几大类：聚合膜、Nafion膜、碳纳米管、碳纳米管/纳米粒子/聚合膜和氨基酸法。
1化学修饰多巴胺传感器的分类
化学修饰电极除了可以在高浓度的AA中测定DA外，还能增加DA的传质速率，从而提高测定DA的灵敏度。为了提高测定DA的选择性，目前出现的修饰膜有很多，诸如：聚合膜、Nafion 膜、碳纳米管和氨基酸膜等，所有这些化学修饰膜的主要思路基于两条：一是将阳离子选择性膜通过各种方法修饰在电极表面以达到排除抗坏血酸阴离子干扰的目的，由于这些修饰膜在一定的pH值下带负电荷，同时使得AA(pKa=4.1)带负电荷，而DA(pKa=8.87)带正电荷，通过静电相互作用，可选择性地对DA阳离子进行响应，而抑制阴离子AA在电极表面的氧化反应，从而达到选择性测定多巴胺的目的；二是选择适当修饰剂的化学修饰电极，该修饰膜的骨架带有正电荷，通过静电吸引力使带负电荷的AA的氧化峰负移，使带正电荷的DA的氧化峰正移，尽可能地将两者的氧化峰分开而实现对两物质的同时检测。
1.1聚合膜
聚合膜因为具有良好的稳定性和重现性，在近几年的DA测量中受到广泛的应用。聚合在电极表面的聚合膜对DA的测定原理主要是以下两种：（1）聚合以后，聚合膜在待测溶液中带负电荷，使得AA没有响应，而直接测DA；（2）将AA 和DA的峰分开而选择性测定DA或者分别测定DA和AA。
1.1.1AA没有响应，而直接测DA
孙登明等[6]用掺杂聚L-酪氨酸修饰玻碳电极同时测定DA和AA，两种组分同时测定的线性范围分别为5.0×10-6～1.0×10-4mol/L和3.0×10-5～1.0×10-3mol/L。Zhao等[7]在玻碳电极上聚合聚(2-吡啶甲酸)膜，在pH为7.0的PBS中，加入1.0×10-3mol/L AA对测量1.0×10-4mol/L DA的结果无明显影响，进一步实验表明150倍AA不干扰其DA的结果。陈伟等[8]研究了DA在聚刚果红修饰电极上的电化学行为，此电极对DA有明显的电催化作用，并能有效消除AA对DA测定的干扰。咸洋[9]采用层层自组装方法应用无机介孔材料SBA-15，高分子聚合物聚丙烯酸(PAA)和聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)制备了层层组装修饰电极，结果表明通过利用SBA-15的离子筛功能，PDDA(PAA/SBA-15)5层层自组装膜成功实现了AA共存条件下神经递质DA的选择性测定。即使AA浓度高达1.0×10-4mol/L 时仍无响应，对2.0×10-5mol/L的DA无干扰。该研究通过调节溶液的pH值和离子强度来有效的控制离子通道的“开关”状态，达到了排除阴离子AA的干扰，提高了测定DA的选择性和灵敏度的目的。Li等[10]用分子印迹法，以DA为模板分子，在金电极上电聚合邻氨基酚法制备了多巴胺分子印迹膜传感器。传感器线性范围为2.0×10-8 ~0.25×10-6mol/L，检出限为1.98×10-9mol/L。该传感器可在高浓度抗坏血酸(AA)存在下测定DA (DA与AA摩尔比为1/1000)，因为制得的印迹聚合膜具有特定形状的识别孔穴，能够选择性识别多巴胺，多巴胺进入识别位点后会引起电流变
OH OH NH2O
O
NH2
+2H++2e
刘蓉等：多巴胺电化学传感器的研究进展
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化，而大大提高了其选择性。
1.1.2将AA和DA的峰分开测定
Balamurugan等[11]利用聚(3,4-乙烯二氧噻吩-连-(2-磺酸萘))(PEDOT-PANs)测得DA和AA的氧化峰分别为0.33V和0.1V，PEDOT-PANs膜中的磺酸基团可以使得AA的峰电位负移，从而使得AA和DA的峰分开。Zhang等[12]采用聚(氨基磺酸)对1.0×10-5mol/L DA和1.0×10-3 mol/L AA的混合溶液进行测量，DA和AA的氧化峰分别为0.163V和-0.012V。Jin等[13]利用聚(氨基苯磺酸)膜修饰电极同时测定DA和AA，差示脉冲伏安法(DPV)的结果，DA和AA的氧化峰分别为0.196V和0.008V。Ensafi等[14]用聚偶氮砜测得AA、DA和UA的氧化峰分别为0.17V、0.35V和0.50V。万其进等[15]研究了聚茜素红膜修饰电极(PARE)的制备及其对DA和AA的电催化性能表明，二者的氧化峰电位分开近200mV，可通过控制不同的电位范围进行分步扫描，实现了对同一体系中DA和AA的分别测定。Roy 等[16]用聚(N,N-二甲基苯胺)修饰玻碳电极可以同时测定DA和AA，且将两者的氧化峰分开约300mV。Lin等[17]用对硝基偶氮间苯二酚(NBAR)修饰玻碳电极，在pH为4.0的磷酸缓冲溶液中，当AA和UA的浓度比DA分别高30和3倍时，不影响对DA的测定结果，在NBAR修饰玻碳电极上DA和AA的峰分别出现在0.390V和0.195 V。还有用通过电聚合聚苯二胺[18]、甲酚红[19]可以通过将二者的峰分开来测定DA。
1.2Nafion膜
近年来研究得比较多的阳离子交换剂中，使用最多并且最成功的就数Nafion膜。Nafion膜是典型的全氟磺酸质子交换膜，具有优异的电化学性能、良好的化学和机械稳定性，经过Nafion膜修饰后，传感器对AA的响应灵敏度随着吸附时间的延长而逐渐降低，而DA的响应则逐渐上升。另外Nafion膜具有渗透性，根据溶液中分子或离子的大小、荷电及空间结构等差异能有选择地使某些分子或离子透过膜孔起到“分子筛”的作用，从而达到使待测物富集的目的，同时Nafion膜中存在阳离子传递通道，有利于DA分子的扩散，从而提高了传感器的灵敏度，缩短了响应时间。
方禹之等[20]根据碳纤维表面的多孔性，用Nafion来修饰碳纤维微电极表面，在AA共存下选择性测定神经递质去甲肾上腺素和DA，不仅有效地消除了高含量AA的干扰，而且大大降低了电极的噪音，使电极测定DA的灵敏度大大提高。林祥钦等[21]制备了胆碱(Ch)共价键植的碳纤维电极(Ch/CFE)，进而吸附涂敷一薄层Nafion膜得到了Nafion/Ch/CFE。使用DPV法，该电极能良好抵抗AA的干扰而选择性测量DA，适用于活体监测。张亚等[22]用Nafion和亲水性离子液体溴化1-辛基-3-甲基咪唑([OMIM]Br)作修饰剂制作了Nafion-离子液体-修饰碳糊电极，在0.1mol/L PBS(pH=7.40)中，该修饰电极降低了DA氧化、还原反应的过电位，增大了其氧化、还原反应的峰电流，而AA和UA在该修饰电极上无响应，该法可用于注射液和模拟生物样品中DA的测定。
1.3碳纳米管
1991年日本科学家Iijima[23]用真空电弧蒸发石墨电极，并对产物作高分辨透射电镜观察，发现了具有纳米尺寸的碳纳米管(Carbon nano-tubes，CNTs)。作为一维纳米材料，重量轻，直径细，结构多变，六边形结构连接完美，有独特的物理、化学特征，在纳米材料科学与加工技术、分子电子器件及生命科学领域中吸引了人们的广泛注意。
王宗花等[24]制备了碳纳米管(CNT)修饰电极(镶嵌、涂层)，并首次研究了电分离DA和AA的机理，结果表明，该电极的表面有一个多孔性的立体界面层，不仅对DA和AA具有较强的电催化作用，而且二者的氧化峰电位差达250mV以上。用酸处理后的多壁碳纳米管修饰的石墨电极可以使DA和AA的氧化峰明显地分开，对两者的氧化均具有明显的电催化作用，可以同时测定DA和AA。但碳纳米管在用酸处理时，酸的氧化性不宜太强，否则将不利于在AA存在下对DA 的测定。这是因为酸的氧化性越强，碳纳米管表面生成的羧基和羟基越多，使碳纳米管的电负性增强，碳纳米管与AA的静电斥力增大，这使AA 的峰电位正移，与DA的峰电位差减小，影响DA 的测定[25]。Baldrich等[26]用磁性纳米粒子(MP)吸附CNT制得MP/CNT电极，这样的电极既继承了CNT将DA和UA之间分开的优点，又继承了MP 纳米粒子增敏的特点。与一般电极相比，MP/CNT
化学传感器31卷12
电极上的峰电流可增大2.6～5倍。杨瑞兰[27]将CNT制成糊状电极(CNTPE)，研究了该电极在DA 和AA共存时的电化学行为，并且将其与传统的碳糊电极(CPE)作了比较。结果表明，CNTPE比CPE具有更明显的催化作用，而且使DA的氧化峰位正移，两者的氧化峰位分离达200mV，并在AA存在的情况下成功的测定了DA的含量。羧基化CNT将AA和DA的峰分开，且使得AA和DA的峰电流明显增大，主要原因有：(1)MWNT 特有的管、空腔及携带的-COOH和-OH基团，容易与DA分子酚羟基中的氢形成氢键，电子通过O-H-O键传递，从而使酚羟基活化，削弱了苯环上O-H键之间的键能，使DA更容易被氧化，因而降低了氧化过电位[28]；(2)MWNT上特有的空腔及-COOH和-OH基团，提供较多的反应位点和传输空间，MWNT上带点较多的含氧基起着质子的接受体的作用，同时空间界面有利于质子、电子的传输[29]，从而使DA和AA在该修饰电极上的峰电流显著增大。
1.4碳纳米管/纳米粒子/聚合膜
纳米金粒子有大的比表面积和良好的导电性，是优良的电子导线和活性催化剂[30]，可显著提高现有分析方法的灵敏度。在多层膜中，金纳米粒子作为电子导线大大加快了电子传递速率。另外，金属纳米粒子还具有提高电化学敏感膜中电活性物质氧化还原可逆性的功能。
近年来，将能够分别测定DA的聚合膜和碳纳米管联用，并加入具有良好的催化活性性能的纳米粒子制成碳纳米管/纳米粒子/聚合膜，其优点在于形成了新的复合材料，并通过协同效应保留了单种组分的性能。现已研究出的此类复合材料有聚苯胺/多壁碳纳米管(PAN I/MCNT)，聚对苯乙烯/碳纳米管(PPV/CNT)、聚二氧乙基噻吩/碳纳米(PEDOT/CNT)等，目前有部分已经用于DA的测定。
1.4.1AA没有响应，而直接测DA
李春香等[31]利用2,6-吡啶二甲酸(PDA)与多壁碳纳米管(MCNT)共聚修饰玻碳电极，制成了聚2,6-吡啶二甲酸/多壁碳纳米管(PPDA/MCNT)修饰电极，并将其应用于DA的测定，与MCNT 修饰电极相比，前者更具有响应灵敏、检出限低、选择性高及基线电流低的优势。该实验发现在DA浓度为1.0×10-7mol/L时，AA(2.0×10-5mol/L)对DA测定无明显干扰。当AA浓度为DA浓度的1000倍时，能使DA峰电流降低7.2%。这表明该修饰电极具有良好的选择性，能用于实际样品的检测。Zhang等[32]制备的聚苯乙烯磺酸/单壁碳纳米管成功地测得了DA的含量，在pH为7.0的PBS中，带负电荷的聚苯乙烯磺酸可以吸引带正电荷的DA，并排斥带负电荷的AA从而消除AA的干扰。马曾燕等[33]在玻碳电极上通过电聚合制备了聚L-半胱氨酸/多壁碳纳米管(poly-L-Cys/MWNT)复合修饰电极，实验表明，poly-L-Cys/MWNT修饰电极对DA有良好的电催化作用，且AA对DA检测无干扰。郑娜等[34]研究了聚磺基水杨酸/多壁碳纳米管修饰玻碳电极的制备及DA在此修饰电极上的电化学行为，pH=7.4 PBS中，在1.0×10-3mol/L AA共存的条件下，DA 氧化峰电流与其浓度在5.0×10-7～1.0×10-4mol/L 范围内分段呈线性关系，结果表明：聚磺基水杨酸/多壁碳纳米管修饰电极结合了多壁碳纳米管灵敏度高和聚磺基水杨酸选择性好的优点，可用于AA共存条件下DA的测定。马曾燕等[35]制备了聚吡咯/多壁碳纳米管(PPy/MWNT)复合膜修饰电极。pH=4.10的0.2mol/L醋酸-醋酸钠缓冲溶液中，DA在该修饰电极上的CV曲线于0.31V 和0.28V处出现一对灵敏的氧化还原峰，峰电位差△E p比裸玻碳电极降低58mV，比PPy修饰电极低28mV，峰电流显著增加。
1.4.2将AA和DA的峰分开分别测定
王宗花等[36]采用电聚合方法将茜素红修饰到碳纳米管上，制备了聚茜素红/碳纳米管修饰电极，该电极能显著提高电极的灵敏度和分子识别性能，DA和AA的氧化峰位分离达240mV，在AA的存在下，DA的差分脉冲伏安法峰电流在10-7～10-5mol/L范围内呈良好的线性关系。
1.5氨基酸法
黄燕生[37]将L-赖氨酸玻碳修饰电极上，通过DPV测得AA和DA的氧化峰峰间距为460mV；L-酪氨酸玻碳修饰电极的DPV图上峰间距为408mV，实验结果表明玻碳电极上DA和AA重叠的单氧化峰在氨基酸修饰玻碳电极上分开成为两个完全独立的氧化峰，从而实现了选择性检测DA。张雷等[38]采用电氧化法制备了一种新型
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γ-氨基丁酸(ABA)修饰的玻碳电极，DA与AA分别于0.45V和0.07V出现独立的阳极方波伏安峰，表明此修饰电极可用于这两种物质的同时测定。陈贤光等[39]表明L-半胱氨酸(L-Cys)自组装金电极对多巴胺有明显的电催化氧化作用，DA 与AA的氧化峰均可以得到足够大的分离，用CV和DPV测得其电位差分别为385mV和400 mV，进一步的试验结果表明，在相对误差±5%以内，3倍的AA不影响3.3×10-4mol/L DA的循环伏安法测定[39]。
1.6其他方法
连靠奇[40]研究了在强碱溶液中活化粗糙玻碳电极（ARE）的制备方法及其对DA和AA电催化性能。表明ARE使DA和AA的氧化峰得到了很好的分离，在pH=5.72的溶液中峰位差为200 mV，在pH=1.98的溶液中峰位差达230mV，实现了DA和AA共存时的同时测定。Zhao等[41]研究了DA、AA在离子液体1-辛基-3-甲基咪唑六氟合磷(OMIMPF6)/多壁碳纳米管凝胶修饰电极上的电化学行为，实现了对DA、AA的催化、分离，发现可同时检测这两种生物小分子而互不干扰。Milczarek等[42]利用2，2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷修饰电极测得DA和AA的氧化峰分别是-0.073V和0.131V，溶液中4000倍AA不干扰DA的测定结果。Li等[43]用β-环糊精在5mmol/L的AA中，在1~200μmol/L的范围内，DA的氧化峰电流与其浓度成正比。Li等[44]制得DTPA(二亚乙基三胺五乙酸)/Cys(半胱氨酸)/Au，相比5.0×10-6mol/L DA的氧化峰的峰电流值，此电极对5.0×10-5mol/L UA和5.0×10-5mol/L AA 几乎不响应，在pH值为7.4的PBS中，具有五个羧基的DTPA带大量负电荷可吸引带正电荷的DA分子，使得DA在电极上的氧化峰非常明显；同时带负电荷的DTPA能够排斥带负电荷的AA，使得AA无法靠近修饰电极而无法显现明显的氧化峰，这样就达到了消除AA干扰的目的。
2多巴胺传感器的展望
建立具有选择性好、灵敏度高的DA测定方法在临床应用、探讨其生理机制方面具有重要的实际意义，从该综述中可以看出虽然其研究已经取得了较多成果，但理论方面不是非常具体，而且实际应用也是处在发展之中。聚合物修饰电极的发展将对DA检测起重大作用；纳米金属或金属氧化物颗粒掺杂聚合物修饰电极因其对DA有较好的电催化活性，在DA检测中有较大的应用前景。纳米结构的电极上电催化氧化机理的深入探索，灵敏度高、选择性好和稳定性好的DA传感器的制备不仅在实际应用中得到进一步地发展，而且其理论内容也越来越丰富。
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化学传感器
31卷
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《化学传感器》编辑部声明
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电化学传感器工作指南及电路图 引言 本公司有毒气体检测传感器的开发始于1981年，以一氧化碳传感器的研制为开端。之后对各式各样新传感器都进行了开发。直至最进开发的臭氧和氧化乙烯传感器，形成了系列的传感器产品，并以其可靠、 稳定和耐用等特点斐声海外。 此类传感器系一微型燃料电池，设计成为免维护型并且能长时间稳定工作的产品。所采用的技术立足于己于人本公司早期氧传感器的工作基础，系直接响应气体的体积浓度变化，而不是响应其压力的变化。 该类传感器设计的最大特点是采用了气体的扩散势垒，该势垒能限制气体流向敏感电极的流星。敏感电极能与到达电极的电化学活性仍有余裕。这一高的电化学活性保证了传感器的长寿命和很好的温度稳定性。两电极系统 基于电化学原理工作的传感器其最简单的一种型式就是两电极系统。其工作电极和对电极由一薄层电解液隔开并经由一个很小的电阻联通外电路。当气体扩散进入传感器后，在敏感电极表面进行氧化或还原反应，产生电流并通过外电路流经两个电极。该电流的大小比例于气体的浓度，可通过外电路的负荷电阻予以测量。 为了让反应能够发生，敏感电极的电位必须保持在一个特定的围。但气体的浓度增加时，反应电流也增加，于是导致对电极电位改变（极化）。由于两电极是通过一个简单的负荷电阻连接起来的，虽然敏感电极的电位也会随着对电极的电位一起变化。如果气体的浓度不断地升高，敏感电极的电位最终有可能移出其允许围。至此传感器将不成线性，因此两电极气体传感器检测的上限浓度受到一定限制。 三电极系统 对电极的极化所受的限制可以用引进第三电极，参考电极，和利用一外部的恒电位工作电路来予以避免。在这样一种装置中，敏感电极曲线相对于参考电极保持一固定值。在参考电极中无电流流过，因此这两个电极均维持在一恒定的电位。对电极则仍然可以进行极化，但对传感器而言已不产生任何限制作用。因此 三电极传感器所能检测浓度围要比两电极大得多。 大部分有毒气体传感器（3/4/7系列）均属三电极系统。由于控制了敏感电极的电位，恒电位电路还能提高传感器的选择性和改进其响应性能。这一电路同时也用来测量流过敏感电极和对电极之间的电流。电路可以作成体积很小的低功耗装置。本章后部将提供一些与此有关的电路。 四电极系统 图1 三电极系统进一步发展导致了四电极系统传感器的产生（A3/A7系列）。这一类型的传感器增加了另一个工作电极，称之为辅助电极。辅助电极的讯号可以用来抵消温度变化的影响或者用来提高传感器的选择性。用了第四电极可以使传感器的讯号更稳定，对被测量气体有着特性的响应。 温度影响 即使不存在反应气体，传感器的敏感电极也会显示一个很小的讯号电流称之为“基线电流”。虽然在
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
特种加工技术的现代应用及其发展研究 摘要：特种加工技术是直接借助电能、热能、声能、光化学能或者复合能实现材料切削的加工方法，是难切削材料、复杂型面、低刚度零件及模具加工中的重要工艺方法。本文介绍了概念、特点、分类以及近些年应用于特种加工的一些新方法、新工艺。 关键词：特种加工电火花加工电化学加工高能束流加工超声波加工复合加工 1、特种加工技术的特点 现代特种加工（SP，SpciaI Machining）技术是直接借助电能、热能、声能、光能、电化学能、化学能及特殊机械能等多种能量或其复合以实现材料切除的加工方法。与常规机械加工方法相比它具有许多独到之处。 1.1以柔克刚。因为工具与工件不直接接触，加工时无明显的强大机械作用力，故加工脆性材料和精密微细零件、薄壁零件、弹性元件时，工具硬度可低于被加工材料的硬度。 1.2用简单运动加工复杂型面。特种加工技术只需简单的进给运动即可加工出三维复杂型面。特种加工技术已成为复杂型面的主要加工手段。 1.3不受材料硬度限制。因为特种加工技术主要不依靠机械力和机械能切除材料，而是直接用电、热、声、光、化学和电化学能去除金属和非金属材料。它们瞬时能量密度高，可以直接有效地利用各种能量，造成瞬时或局部熔化，以强力、高速爆炸、冲击去除材料。其加工性能与工件材料的强度或硬度力学性能无关，故可以加工各种超硬超强材料、高脆性和热敏材料以及特殊的金属和非金属材料，因此，特别适用于航空产品结构材料的加工。 1.4可以获得优异的表面质量。由于在特种加工过程中，工件表面不产生强烈的弹、塑性变形，故有些特种加工方法可获得良好的表面粗糙度。热应力、残余应力、冷作硬化、热影响区及毛刺等表面缺陷均比机械切削表面小。 各种加工方法可以任意复合，扬长避短，形成新的工艺方法，更突出其优越性，便于扩大应用范围。 由于特种加工技术具有其它常规加工技术无法比拟的优点，在现代加工技术中，占有越来越重要的地位。许多现代技术装备，特别是航空航天高技术产品的一些结构件，如工程陶瓷、涡轮叶片、燃烧室的三维型腔、型孔的加工和航空陀
精密超精密加工技术 论文 班级：机械09-4班 姓名：侯艳飞 学号：20091058
精密超精密加工技术的发展，直接影响到一个国家尖端技术和国防工业的发展，因此世界各国对此都极为重视，投入很大力量进行研究开发，同时实行技术保密，控制关键加工技术及设备出口。 精密超精密加工技术，是现代机械制造业最主要的发展方向之一。在提高机电产品的性能、质量和发展高新技术中起着至关重要的作用，并且已成为在国际竞争中取得成功的关键技术。 精密超精密加工是指亚微米级(尺寸误差为0.3～0.03μm，表面粗糙度为Ra0.03～0.005μm)和纳米级(精度误差为0.03nm，表面粗糙度小于 Ra0.005nm)精度的加工。实现这些加工所采取的工艺方法和技术措施，则称为精密超精加工技术。加之测量技术、环境保障和材料等问题，人们把这种技术总称为超精工程。 超精密加工主要包括三个领域： 1.超精密切削加工如金刚石刀具的超精密切削，可加工各种镜面。它已成功地解决了用于激光核聚变系统和天体望远镜的大型抛物面镜的加工。2.超精密磨削和研磨加工如高密度硬磁盘的涂层表面加工和大规模集成电路基片的加工。3.超精密特种加工如大规模集成电路芯片上的图形是用电子束、离子束刻蚀的方法加工，线宽可达0.1μm。如用扫描隧道电子显微镜(STM)加工，线宽可达2～5nm。 近年来，在传统加工方法中，金刚石刀具超精密切削、金刚石微粉砂轮超精密磨削、精密高速切削、精密砂带磨削等已占有重要地位；在非传统加工中，出现了电子束、离子束、激光束等高能加工、微波加工、超声加工、蚀刻、电火花和电化学加工等多种方法，特别是复合加工，如磁性研磨、磁流体抛光、电解研磨、超声珩磨等，在加工机理上均有所创新。 对精密和超精密加工所用的加工设备有下列要求。 (1)高精度。包括高的静精度和动精度，主要的性能指标有几何精度、定位精度和重复定位精度、分辨率等，如主轴回转精度、导轨运动精度、分度精度等； (2)高刚度。包括高的静刚度和动刚度，除本身刚度外，还应注意接触刚度，以及由工件、机床、刀具、夹具所组成的工艺系统刚度。 (3)高稳定性。设备在经运输、存储以后，在规定的工作环境下使用，应能长时间保持精度、抗干扰、稳定工作。设备应有良好的耐磨性、抗振性等。 (4)高自动化。为了保证加工质量，减少人为因素影响，加工设备多采用数控系统实现自动化。 加工设备的质量与基础元部件，如主轴系统、导轨、直线运动单元和分度转台等密切相关，应注意这些元部件质量。此外，夹具、辅具等也要求有相应的高精度、高刚度和高稳定性。 加工工具主要是指刀具、磨具及刃磨技术。用金刚石刀具超精密切削，值得研究的问题有：金刚石刀具的超精密刃磨，其刃口钝圆半径应达到2～4nm，同时应解决其检测方法，刃口钝圆半径与切削厚度关系密切，若切削的厚度欲达到10nm，则刃口钝圆半径应为2nm。 磨具当前主要采用金刚石微粉砂轮超精密磨削，这种砂轮有磨料粒度、粘接剂、修整等问题，通常，采用粒度为W20～W0.5的微粉金刚石，粘接剂采用树脂、铜、纤维铸铁等。 航天、航空工业中，人造卫星、航天飞机、民用客机等，在制造中都有大量的精密和超精密加工的需求，如人造卫星用的姿态轴承和遥测部件对观测性能影响很大。该轴承为真空无润滑轴承，其孔和轴的表面粗糙度要求为Ry0.01μm，即1nm，其圆度和圆柱度均要求纳米级精度。被送入太空的哈勃望远镜(HST)，
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
目录 摘要： (2) 前言 (2) 1电化学加工的特点 (2) 2电化学加工的分类 (3) 2.1电解加工 (3) 2.2电解磨削 (3) 3电化学加工的设备 (4) 3.1电解液 (4) 3.2机床 (4) 3.3直流电源 (5) 4电化学加工的现状及发展前景 (5) 参考文献 (5)
电化学加工论文 摘要：本文通过对电化学的各种加工方法的研究，以及分析电化学加工的各种特点，对电化学加工的前景发展趋势进行分析总结。电化学加工包括从工件上去除金属的电解加工和向工件上沉积金属的电镀、涂覆、电铸加工两大类。虽然有关的基本理论在19世纪末已经建立，但真正在工业上得到大规模应用，还是20世纪30~50年代以后的事。目前，电化学加工已经成为我国民用和国防工业中一个不可或缺的加工手段。 关键词：电火花加工特点发展趋势 前言 电化学加工的基本理论建立与19世纪末，但在工业上的大规模应用，还应该是在20世纪30~50年代。目前，电化学加工已经成为我国民用、国防工业中的一个不可或缺的加工手段。电化学加工是一种重要的特种加工方法, 已被广泛应用于难加工金属材料、复杂形状零件的批量加工中。它利用金属的电解现象，在通电的电解液中，使离子从一个电极移向另一个电极，从而实现对工件材料的双向加工，即阳极溶解去除 (如电解、电化学抛光)和阴极沉积生长(如电镀、电铸)。无论材料的减少或增加，加工过程都是以离子的形式进行的，而金属离子的尺寸非常微小，因此，从原理上讲，电化学加工可以实现加工精度和微细程度在微米级甚至更小尺度的微加工。只要采取措施精确地控制电流密度和电化学反应发生的区域，就能实现电化学微加工，达到对金属表面进行微量“去除”或“生长”加工的目的。 电化学是一门古老而又年轻的学科，一般公认电化学起源于1791年意大利解剖学家伽伐尼发现解剖刀或金属能使蛙腿肌肉抽缩的“动物电”现象。1800年伏特制成了第一个实用电池，开始了电化学研究的新时代。在经历了一个多世纪以后，电化学科学的发展和成就举世瞩目，无论是基础研究还是技术应用，从理论到方法，都有许多重大突破。电化学科学的发展，推动了世界科学的进步，促进了社会经济的发展，对解决人类社会面临的能源、交通、材料、环保、信息、生命等问题，已经作出并正在作出巨大的贡献。 1电化学加工的特点 电化学加工工艺与一般的机制工艺相比较，具有以下特点：能同时进行三维的加工，一次加工出形状复杂的型面、型腔、异形孔；电化学加工的工件表面
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.doczj.com/doc/5514279839.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
电化学气体传感器的研究 电化学气体传感器是由膜电极和电解液灌封而成的。气体浓度信号将电解液分解 成阴阳带电离子，通过电极将信号传出。它的优点是：反映速度快、准确（可用于ppm级），稳定性好、能够定量检测，但寿命较短（大于等于两年）。它主要适用于 毒性气体的检测，目前国际上绝大部分毒气检测采用该类型传感器。 电化学气体传感器的分类 电化学气体相当一部分的可燃性的、有毒有害气体都有电化学活性，可以被电化学氧 化或者还原。利用这些反应，可以分辨气体成份、检测气体浓度。电化学分很多子类：(1)、原电池型气体传感器(也称：加伏尼电池型气体传感器，也有称燃料电池型气体传感器，也有称自发电池型气体传感器)，他们的原理行同我们用的干电池，只是，电池的碳锰电极被气体电极替代了。以氧气传感器为例，氧在阴极被还原，电子通过电流 表流到阳极，在那里铅金属被氧化。电流的大小与氧气的浓度直接相关。这种传感器 可以有效地检测氧气、二氧化硫、氯气等。 (2)、恒定电位电解池型气体传感器，这种传感器用于检测还原性气体非常有效，它的原理与原电池型传感器不一样，它的电化学反应是在电流强制下发生的，是一种真正 的库仑分析的传感器。这种传感器已经成功地用于：一氧化碳、硫化氢、氢气、氨气、肼、等气体的检测之中，是目前有毒有害的主流传感器。 (3)、浓差电池型气体传感器，具有电化学活性的气体在电化学电池的两侧，会自发形成浓差电动势，电动势的大小与气体的浓度有关，这种传感器的成功实例就是汽车用 氧气传感器、固体电解质型二氧化碳传感器。 (4)、极限电流型气体传感器，有一种测量氧气浓度的传感器利用电化池中的极限电流与载流子浓度相关的原理制备氧(气)浓度传感器，用于汽车的氧气检测，和钢水中氧 浓度检测。 电化学气体传感器是通过检测电流来检测气体的浓度，分为不需供电的电池式以 及需要供电的可控电位电解式。 基于电化学原理工作的传感器其最简单的一种型式就是两电极系统。其工作电极 和对电极由一薄层电解液隔开并经由一个很小的电阻联通外电路。当气体扩散进入传 感器后，在敏感电极表面进行氧化或还原反应，产生电流并通过外电路流经两个电极。该电流的大小比例于气体的浓度，可通过外电路的负荷电阻予以测量。 为了让反应能够发生，敏感电极的电位必须保持在一个特定的范围内。但气体的浓度 增加时，反应电流也增加，于是导致对电极电位改变（极化）。由于两电极是通过一 个简单的负荷电阻连接起来的，虽然敏感电极的电位也会随着对电极的电位一起变化。如果气体的浓度不断地升高，敏感电极的电位最终有可能移出其允许范围。至此传感 器将不成线性，因此两电极气体传感器检测的上限浓度受到一定限制。
浅赏电化学加工和电火花加工 摘要 制造业是一个传统行业。一个国家的发展终归要落脚于制造业，因此作为基础工业，制造业必定拥有永久的生命力，而电加工行业也不例外。随着各项技术的不断发展，电加工技术也在进步，特种加技术作为先进制造技术中的重要部分，解决了好多传统加工方法的难题，电化学与电火花加工是特种加工的两大重要组成部分，在此分析两者的原理和特点，不同材料选择不同方法，通过各自的优点和适用范围选择出恰当的方法，是生产效率更高。 关键词：特种加工；电化学加工；电火花加工；发展 ABSTRACT Manufacturing is a traditional industry. The development of a country will eventually locate in manufacturing industry, so as the foundation industry, manufacturing will surely have permanent vitality, and electric processing industry is no exception. With the continuous development of the technology, electric processing technology is also in progress, special and technology as an important part of the advanced manufacturing technology, the traditional processing method to solve a lot of problems, electrochemical and electrical discharge machining is special processing of two important constituent, in the analysis of their principle and characteristics of different materials to choose different methods through their respective advantages and applicability of the choice of the right method, the production efficiency is higher. Keywords：Special processing；Electrochemical machining；Electrical discharge machining；development 1 绪论 随着现代科技的不断发展以及社会需求，对于工业上的要求在不断的改变中，特种加工技术这个被称为21世纪的技术的发展给工业上的发展提供了很大的帮助。新型工程材料不断涌现和被采用，工件的复杂程度以及加工精度的要求越来越高，对机械制造工艺技术提出了更高的要求。由于受刀具材料性能、结构、设备加工能力的限制，使用传统的切削加工方法很难完成对高强度，高韧性，高
特种加工技术课程论文 论文名称：电化学加工应用案例分析 学院： 年级专业： 学生姓名： 学号： 评阅教师：
电化学加工应用案例分析 摘要：近年来, 延续了自20 世纪90 年代后期以来的良好发展态势, 电化学加工专业领域工艺技术水平及设备性能均取得了稳步发展, 应用领域进一步扩展, 产业发展也达到了一个新的高度。电化学加工技术广泛用于加工发动机叶片、火炮膛线、汽车锻模、汽轮机整体叶轮、花键及异形孔等零件。常用的电化学加工有电解加工、电磨削、电化学抛光、电镀、电刻蚀和电解冶炼等。介绍了电化学加工技术的基本原理、设备组成及加工特点。对其中的电化学抛光、电镀、电刻蚀、电解磨削技术的加工方法作了详细的阐述。与机械加工相比，电化学加工能加工出复杂的型面、腔孔，加工高硬度、高韧性、高强度材料，生产率高。将电化学加工技术与传统加工方法进行有机的结合，可以进一步提高了零件质量、改善零件使用性能和延长使用寿命，提高我国机械制造业在国际上的竞争力。 关键词：电化学加工技术概况应用状况 正文：电化学加工（Electrochemical Making），也称电解加工，是利用金属在外电场作用下的高速局部阳极溶解实现电化学反应，对金属材料进行加工的方法。电化学加工技术是特种加工技术的一个重要应用分支。常用的电化学加工有电解加工、电磨削、电化学抛光、电镀、电刻蚀和电解冶炼等。目前，电化学加工已经成为一种不可或缺的特种加工方法。电化学加工有三种不同的类型：（1）第Ⅰ类是利用电化学反应过程中的阳极溶解来进行加工，主要有电解加工、电化学抛光等。（2）第Ⅱ类是利用电化学反应过程中的阴极沉积来进行加工，主要有电镀、电铸等。（3）第Ⅲ类是利用电化学加工与其它加工方法相结合的电化学复合加工工艺进行加工，目前主要有电解磨削、电化学阳极机械加工。 一、工艺技术研究: 相对传统加工和其他优势特种加工技术而言,电化学加工的基础理论较为薄弱, 工艺技术尚欠成熟。但正因为如此, 其有待研究、开发的空间也更为广阔。近期, 电化学加工工艺技术研究涉及的方向主要集中在超纯水电解加工、微细加工、加工间隙的检测与控制、数字化设计与制造技术等重点领域。下面分别加以详述：1、超纯水电解加工：超纯水电解加工是在常规电解加工原理的基础上, 利用超纯水作电解液, 并采用强酸性阳离子交换膜来提高超纯水中OH- 离子的浓度, 使电流密度达到足够去除材料的一种新型电解加工工艺方法。日本学者率先提出以超纯水代替常规电解液, 实现绿色、微细电解加工的思想。国内学者近年来也开展了超纯水电解加工的机理、超纯水小孔电解加工、超纯水电化学扫描直写加工、超声辅助纯水微细电解加工等研究[ 2~ 6], 为超纯水电解加工的应用奠定了基础。2、微细电化学加工：微细加工是当前电化学加工研究中最活跃也是最热点的方向。从原理上而言, 电化学加工中材料的去除或增加过程都是以离子的形式进行的。由于金属离子的尺寸非常微小( 10- 1 nm 级) , 因此, 以“离子”方式去除材料的微去除方式使电化学加工技术在微细制造领域、以至于纳米制造领域存在着理论上的极大优势, 只要精细地控制电流密度和电化学发生区域, 就能实现电化学微细溶解或电化学微细沉积。3、加工间隙的检测与控制：电化学加工是一个复杂的非线性时变系统。由于加工间隙处于电场和流场的共同作用下, 是时间和空间的变化函数, 且空间极小, 因而在加工过程中适时测量非常困难, 特别是对于三维空间的间隙, 至今尚无成熟的采样方案的实际应用。但是, 随着计算机技术、传感器技术、测试技术、信号处理技术、电源技术等现
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 --
学院化工学院 专业生物工程 年级2015级本科一年级姓名冯国政 学号3015207252 指导教师王为 2016年5月14日
浅谈生物电池 摘要从我们读到的文献上发现目前生物电池按照作用机理可以大致以下两类。 一是生物质产氢，然后利用氢能进行发电。二是生物直接在电极将有机物（如糖类）氧化，进行直接发电。按照产电的主体划分又可以分为酶燃料电池和微生物燃料电池。本文将主要讨论生物电池的历史、微生物燃料电池、酶生物燃料电池，还将对生物电池的前景进行展望。 1 生物电池的历史 早在1910年，英国植物学家就将铂作为电极置于大肠杆菌的培养液里，成功地制造出了世界上第一个细菌电池。1984年，美国科学家设计出一种用于太空飞船的细菌电池，其电极的活性物来自宇航员的尿液和活细菌。但当时的细菌电池发电效率较低。到了20世纪80年代末，细菌发电取得重要进展，英国化学家让细菌在电池组里分解分子以释放电子并向阳极运动产生电能。他们在糖液中添加某些诸如染料之类的芳香族化合物作为稀释液来提高生物系统输送电子的能力，而在细菌发电期间还需朝电池里不断充气并搅拌细菌培养液和氧化物的混和物。理论上，利用这种细菌电池每100g糖可获得1352930库仑的电能，其效率可达40%远高于当时使用的电池的效率，而且还有10%的潜力可挖掘。只要不断地往电池里添入糖就可获得2A电流，且能持续数月之久。利用细菌发电原理，人们正在构想建立细菌发电站。比如，基于10m见方的立方体容器内的细菌培养液，可建立起一个1000kW的细菌发电站，每小时耗糖量为200kg。发电成本虽然高一些，但这是一种对环境无污染的“绿色”电站。且随着技术的发展，完全可用诸如锯末、秸秆、落叶等废有机物的水解物来代替糖液。因此，细菌发电的前景十分诱人。[1] 2 微生物燃料电池 2.1 微生物燃料电池的原理 微生物燃料电池本质上是收获微生物代谢过程中产生的电子并引导电子产生电流的系统。（如图1）微生物燃料电池的功率输出取决于系统传递电子的数量和速率以及阳极与阴极间的电位差。由于微生物燃料电池并非一个热机系统，避免了卡诺循坏的热力学限制，因此，理论上微生物燃料电池是化学能转化为电能最有效的装置，最大效率有可能接近100%。[2] 其基本原理是微生物可以通过各种途径从燃料（葡萄糖、蔗糖、乙酸盐、废水）中获取电子，并将电子从还原性物质（如葡萄糖）转移到氧化性物质（如氧）以获得能量。获得的能量可按下式计算： ?G=-n×F×?E 式中?G——获得的能量 n——电子转移的数量 F——法拉第常数，96485C/mol
不同电化学气体传感器中所包含的不同成份决定了它可与相应的毒气发生反应;测量头可测量反应所产生的电流并将其转换成气体浓度值（ppm或ppb）。催化传感器在涂有催化剂的小球上“无焰燃烧”可燃性气体;测量头可测量电阻的变化并通过a/d 转换，显示变化相应的读数。一般以爆炸下限作为满量程。 由于电化学型和催化燃烧型测量头相对较低的成本，它们通常被用于“源点”（即泄漏有可能发生的地方）处的测量。因而对泄漏的反应迅速并可连续探测。另外，由于没有可移动部件，所以不会造成机械故障。 但是，这两种类型的传感器也有缺点：一些气体传感器不但对与之相应的气体（即它们按照设计应该反应的气体）反应，而且对其他气体（干扰气体）也发生反应，因此有必要注意在设计和安装过程中避免将这些传感器用在有可能有干扰气体存在的地方。传感器需要定期标定，通常为三个月一次（视不同品牌，工作环境，工作状态等因素的影响）;传感器在使用1到3年后通常需要更换（视不同品牌，工作环境，工作状态等因素的影响）。另外，有些品牌的传感器使用的是电解溶液，这就需要定期填充电解液。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解相关传感器产品的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/5514279839.html,。
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