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液晶材料在化学与生物传感器中的应用

0引言

今天，液晶显示器无处不在。手表、计算器、

计量器、电脑、电视等的显示器件中都有它的身影。从被偶尔发现到普及应用于电子工业，仅仅数载时光。70年代，集成电路的出现极大地推动了液晶在显示器件中的高速发展。同时，液晶液被成功应用到温度传感器、水流计、压力分布计等计量仪表中。作为特殊的“敏感元件”，液晶分子近年来也被引入传感器领域，尤其是生命科学研究中，用于构建液晶生物传感器，初露锋芒。

液晶分子概述

1.1

液晶分子的发现

1888年，奥地利科学家Friedrich Reinitzer （1857-1927）在研究中不经意发现了一种奇怪的

有机化合物[1]，它有两个熔点。把它的固态晶体加热到145℃时，便熔成带有彩色的液体，只不过是浑浊的，而一切纯净物质熔化时却是透明的。如果继续加热到175℃时，它似乎再次熔化，色彩消失，变成清澈透明的液体。1920年，德国物理学家O.Lehmann （1855-1922）把处于“中间地带”的浑浊液体叫做液晶（Liquid Crystal ，简称

液晶材料在化学与生物传感器中的应用

周瑾艳,谭

慧,杨胜园,吴朝阳*

（湖南大学化学化工学院，化学生物传感与化学计量学国家重点实验室，湖南长沙410082）

摘

要：液晶分子是介于液态和晶态之间一种高分子有序材料，有不完全的取向长程有序性和位置有序

性。研究者们把这种光学特性应用到生物传感领域，开辟了新型的传感技术-液晶生物传感器。该文综述了液晶分子的特性和基于液晶分子作为"敏感元件"的化学和生物传感器研究进展。液晶分子的这种新应用，对发展快速、简单的生物传感器，有可预见的良好前景。关键词：液晶分子；取向有序；化学生物传感器

Liquid crystal applied in chemical sensors

and biosensors

Zhou Jin -yan,Tan Hui,Yang Sheng -yuan,Wu Zhao -yang *

(State Key Laboratory of Chemo/Biosensing and Chemometrics,College of Chemistry and Chemical Engineering,

Hunan University,Changsha 410082,China)

Abstract:As a state of matter that has properties between those of a conventional liquid and those of a solid crystal,liquid crystal (LC)has an incomplete long-range order of orientation and position of orderliness.The researchers have applied LC to the biosensing field,opened up a new type of sensing technology -liquid crystal sensing technol -ogy.In this article,we reviewed the characteristics of LC and the most recent discovery of their use as "sensing ele -ments"in chemical sensors and biosensors.This new application of LC as tools in the development of fast and simple biosensors is envisaged to gain more importance in the foreseeable future.Key words:liquid crystal;orientational order;chemical sensors and biosensors

基金项目：教育部科学技术研究重点项目(106122)和湖南省科技计划项目(2008GK3151)*通讯联系人，E-mail:zywu@https://www.doczj.com/doc/9614985629.html,

Vol．30,No．2June ．2010

化学传感器

CHEMICAL

SENSORS

第30卷第2期2010年6月

化学传感器

30卷

2LC ）[2]。它好比是既不象马，又不象驴的骡子，所

以有人称它为有机界的骡子。液晶自被发现后，人们并不知道它有何用途，直到1968年，人们才把它作为电子工业上的材料。

1.2液晶分子的分类

液晶分子依其排列方式主要分为三种：向列

型（nematic ）、层列型(smectic)、胆固醇型(cholester -

ic)，如图1。

向列型：液晶分子长轴方向有序，方向有序的距离约数千埃。

层列型：液晶分子除了方向一致性外，还具有层状结构，层与层之间可以相互移动。

胆固醇型：液晶分子不具层状结构，液晶分子方向沿螺旋轴形成连续扭转的方向变化并与螺旋轴垂直。

除了依分子排列方式分类外，根据生成方法

图1

三种液晶分子排列示意图

Fig.1Schematic arrangement of liquid

crystal

向列型（Nematic ）层列型（Smectic ）胆固醇型（Cholesteric ）

的不同，液晶分子也可以分为：热致型液晶(ther -motropic)、溶致型液晶（lyotropic ）。

热致型：热致型液晶主要根据温度的变化产

生不同的液晶相。当温度从低温上升时，固态晶格结构消失而形成分子有序的排列，如图2。

溶致型：溶致型液晶存在于溶液体系中，当

图2

热致型液晶随温度排列示意图

Fig.2Schematic arrangement of thermotropic liquid crystal with the temperature

温度T

低温low

高温high

固态solid

液晶态liquid crystal

液态liquid

溶质与溶剂在适当的比例时，双亲性溶质在溶剂中形成特殊的排列结构而产生液晶相，通过改变溶液的浓度以产生不同的液晶相结构。例如十二烷基硫酸钠族的磺酸盐等的肥皂水溶液均具有液晶性，当肥皂水溶液浓度高时，则会出现多种双折射性的中间相，可粗分浓度低时出现Middle 相（又称Hexagonal 相），及浓度高时的Lamella 相（又称Neat 相），如图3。

1.3液晶分子特性

液晶分子是介于液态和晶态之间一种高分

子有序材料，有不完全的取向长程有序和位置有

序，既有液体一样的流动性，也有类似晶体的各向异性。其主要特性就是光学各向异性，或称双折射性(birefringence)，即：自然光通过偏振片变成线性偏振光，当线性偏振光通过各向异性的液晶后，发生双折射分解为寻常光（O-ray ）和异常光

(E-ray)，寻常光的偏振方向垂直其前进方向和光

轴构成的平面并与波阵方向平行，异常光的偏振方向平行于前进方向和光轴构成的平面并与波阵方向平行（图4）。

液晶分子的折射率为n e 和n o ，n e 定义为偏振方向与液晶光轴方向相平行时所测得的折射率；

图5

液晶的双折射率异向性图

Fig.5The birefringence of liquid crystal anisotropy

图3

肥皂水溶液形成的溶致型液晶分子排列示意图

Fig.3The arrangement diagram of lyotropic liquid crystal formed soap solution

Middle 相

Lamella 相

水分子

疏水相

亲水相

n o 定义为偏振方向与液晶光轴方向相垂直时所测得的折射率，一般定义液晶折射率异向性△n =n e -n o 。若n e >n o ,则△n >0，此时将液晶称为正型液晶；若n e

液晶（如图5）。

若光是斜向入射，则其折射率（n eff ）符合下列公式：

1=cos 2θ+sin 2θ

其中，θ为入射光与液晶光轴的夹角，因而，

不同方向的入射光，对双折射的液晶介质，就会有不同的折射率，相对来说也会有不同的相位延迟（△φ）：

△φ＝

2πλ乙(n

eff

-n 0)dz

通过不同的相位延迟参数改变达到入射光偏振状态，在检偏片调节下可使入射光穿过或不穿过检偏片形成亮态或暗态。

1.4液晶配向的方法

液晶生物传感器原理主要是基于上述液晶

分子的特性，通过处理基底诱导液晶发生向列变

图4

入射光进入双折射晶体中发生偏光示意图

Fig.4Incident was polarized into the birefringent crystal

双折射液晶

入射光

寻常光

非寻常光

n eff 2(θ)

n 02n e 2

光轴

n 0

n e

n 0

n e

n e ＞n 0

△n =n e -n 0＞0

n e ＜n 0

△n =n e -n 0＜0

周瑾艳等：液晶材料在化学与生物传感器中的应用

2期3

图6不同摩擦强度下摩擦基底的SFM 图像[9]

Fig.6A sequence of SFM images showing the effect of increasing rubbing strength (RS)[9]

化，调变偏光图像亮暗强度。因此，内部液晶分子的排列结构，直接影响传感器的性能，而要控制液晶分子排列的好坏，则取决于液晶配向技术[3]。液晶配向主要是利用基板表面的配向处理，形成薄膜的配向层，并借由液晶分子间的范德华力、偶极间引力、氢键等相互作用力[4]，使得液晶分子呈现有秩序的排列。

液晶生物传感器的研究中，使得液晶分子排列整齐的配向方法主要有两种[5~6]：物理方法：即摩擦配向法（也是构建液晶显示器件的主要方法）和化学法。

1.摩擦法（rubbing ）是传统的液晶配向方法。

原先平滑的表面经摩擦后产生定向的沟槽或刮痕，液晶分子在沟槽诱导下按一定方向排列，而达到配向效果，液晶长轴排列方向平行于摩擦方

向[7~8]。这种方法操作简单，技术成熟，使用范围广，可连续生产。但这种传统的摩擦法也存在如静电干扰、摩擦绒布掉毛、灰粒吸附等不足，这些都将严重影响配向效果。

早在1995年，Kim 等[9]利用扫描原子力显微镜（SFM ）研究了摩擦配向过程。研究发现，随着摩擦强度（rubbing strength,RS ）的增强，所获得的沟槽越深（如图6）。同年，Huang [10]也研究发现了通过摩擦烷基链的聚酰亚胺膜能有效诱导液晶分子整齐排列。随后，Abbott 小组[11]用机械摩擦法使BSA 组装膜诱导液晶分子排列，而构建良好的

BSA 液晶传感器。在此基础上，该小组[12]又研制出IgG 液晶传感器，液晶分子在摩擦后的BSA 膜上成有序排列，通过交联剂作用，交联上IgG 后，打乱了液晶的有序性，而达到检测IgG 的效果。

(a)

(b)

(c)

(d)

此小组的一系列研究成果开启了液晶生物传感技术的新篇章。

2.化学法配向制程主要原理在于通过在基

底表面构筑有序的纳米沟槽结构，液晶分子在这些纳米结构上有序的排列。文献报道的基底修饰方法有：喷金法[13~14]，DNA 杂交法[15~16]，分子印迹法[17~18]，分子组装法[19~24]（单分子组装、混合分子组装）等。

喷金法：通过在干净玻片基底上有角度地喷射一层金（如图7），金膜在基底上成波浪状分布，峰高大小分布在2~100nm 范围内。液晶分子在

这种特殊表面呈有序分布。通过自组装将生物分子固定在这种起伏的表面，生物分子有效填埋起伏的金膜，而使液晶出现偏光现象，达到检测生物分子的目的。

DNA 杂交法：这种修饰方法主要借助DNA 杂交前后的组装密度的变化。单链DNA （ss-DNA ）修饰的基底表面，组装密度小，液晶分子（15~20魡）在与ss-DNA （68魡）空间相互作用下，整齐排列。这时，ss-DNA 充当着液晶垂直配向膜（如图8a ）。然而，当DNA 杂交后，分子组装密度增大，DNA 分子自由空间减小，渗透到其间的液

化学传感器

30卷

4Rubbing direction

Rubbing direction

Inking

of the Stamp With

图7波浪状金膜上组装生物分子诱导液晶排列[13]

Fig.7

Schematic illustration of the change in surface roughness caused by the binding of biomolecules to ligands

hosted within a SAM of molecules supported on a gold film [13

]

晶也减少，这就实现了液晶从垂直到平行排列的转化（图8b ）。

分子印迹法：分子印迹法是基于模板分子

(印迹分子)与聚合物单体接触时形成多重作用

点，通过聚合过程这种作用就会被记忆下来，当模板分子除去后，聚合物中就形成了与模板分子空间构型相匹配的具有多重作用点的空穴，这样的空穴将对模板分子及其类似物具有选择识别特性[17]。Abbott 小组[18]借用这种原理，在基底表面印迹免疫结合物，使表面成间隔空腔结构。如图9所示，在凹槽型模板上固定生物素标记的

BSA ，再与抗-BSA 的IgG 免疫结合后，印迹到金

表面，基底表面形成凹槽结构，液晶在这层印迹膜上定向排列。

分子组装法：通过对基底组装本身对液晶有诱导效应的有机分子，以达到配向效果。这些分子有些单独使用即可达到配向作用，如DMOAP （N,N-二甲基-N-十八烷基-3-氨丙基三甲基硅烷）[19~22]；而有些则需要不同分子混合组装[23~24]。

DMOAP 结合到玻片基底后，有一条长链状的烷

基链，此结构使得液晶分子依长链状方向排列，而成垂直配向结果。利用此方法构建DNA 液晶传感器，此方法取得良好的信噪比，并具有DNA 无损性。

Shah 等[23]通过不同pH 的硅烷试剂修饰液

图8

DNA 杂交对液晶取向排列的影响[15]

Fig.8

The effect of DNA hybridization to liquid crystal

orientation [15]

single-stranded DNA

double-stranded DNA

图9分子印迹-液晶传感器原理[18]

Fig.9

The principle of Molecular Imprinting -Liquid

Crystal Sensors [18]

(a)

(b)

周瑾艳等：液晶材料在化学与生物传感器中的应用

2期5

Biotinylated BSA Affinity Stamp

Reuse of Stamp

Inked Stamp

Affinity Microcontact

Printing

SAM

Obliquely-Deposited Gold

Liquid Crystal

Inking of the Stamp with Anti-Biotin IgG

化学传感器30卷6

晶盒的上下玻片，使得液晶在不同pH下呈现不同的排列方式。研究发现，液晶在HOOC(CH2)10SH修饰的基底上，平行于金沉积表面，而在HO (OCH2CH2)2(CH2)10SH修饰的基底，垂直与基底表面。他们推测这是由于随着基底修饰膜pH的增加，液晶分子与羧基的氢键作用受到抑制，而造成液晶排列方式的改变。

2液晶生物传感器在生命科学中的应用

液晶分子作为一种良好的敏感材料，是基于它对外界刺激物（如电场或磁场）的快速反应。而且，由于各向异性，有序排列的液晶会被引入的抗体分子或细胞打乱。而这种排列上的变化可通过光学信号传达，初始状态的任何变化与引入物的性质和浓度有关，这正是液晶可用于生物传感器的原理。

由1.2可知，液晶可分为热致型液晶（如5CB）和溶致型液晶。热致型液晶用于生物传感器中，其优势在于能与小分子（如蛋白质）兼容，但不能在水相中进行。此外，热致型液晶具有一定的毒性。溶致型液晶虽然无毒，且能与水兼容，但操作困难且只能用于大分子检测，如整个细胞。

2.1免疫分析

早在1998年，Abbott与合作者开辟了液晶用于检测生物分子的新领域[13]。在随后的报道中，Abbott小组研究了关于金-硫醇自组装膜对液晶锚定作用[25]。研究旨在确定能否通过液晶5CB排列的扰乱程度来定量结合的IgG。5CB在24℃~35℃范围内表现出液晶特性，在液晶生物研究领域，被最常使用。IgG结合在自组装膜上，两片修饰有自组装膜的基底玻片面对面地组成液晶盒，中间留有约10mm的间隙。5CB加热到液态，通过毛细管作用力被注射到液晶盒中，待冷却到液晶相，即可用偏光显微镜观察它的偏光信号。实验证实了结合的蛋白质与液晶偏光信号之间的联系，为后来的液晶传感器用于定量检测生物分子奠定了基础。

上述研究结果也间接证实了同一实验小组2001年的报道[26]。通过摩擦BSA标记的生物素膜，产生纳米微结构，对5CB起定向作用。这种配向方法为BSA标记的生物素与其抗生物素IgG 之间的免疫反应提供一种良好的检测手段。低浓度的IgG对液晶均一排列产生轻微的扰乱，而高浓度时，扰乱程度加大，也就表明，液晶受扰乱程度与结合BSA的IgG量有关。该小组进一步研究发现[24]，如同基底表面形貌对于5CB的影响，IgG-抗体复合物对液晶5CB的响应取决于该复合物的结构。然而，根据一定的结构，对IgG-抗体复合物进行结构修饰会限制5CB定向排列的能力。

2.2蛋白质分析

Luk等[27~28]精心设计了优良的组氨酸激酶液晶传感器。在三（乙二醇）烷基硫醇修饰的基底上固定His-tag MEK酶，捕获抗-MEK IgG与之结合，免疫蛋白复合物修饰的基底改变液晶排列状态，实现对His-tag MEK酶的检测。在他们随后的研究中又发现了一有趣的事实：5CB的光学信号与蛋白质共价键合在金表面的排列状态有关。

Guzman2005年研究了在液晶溶液中随机分散和有序分布的纳米颗粒对其影响[29]。对于高浓度的纳米粒子，各向异性的液晶5CB保持了单域取向，但对周期性吸附的纳米粒子则不尽相同。这些纳米级粒子大小与蛋白质和病毒分子相当。此研究通过正交偏光状态下的偏光图像确定了纳米颗粒对液晶畴结构的影响。由此，也考察了液晶生物传感器的敏感性。

传统的蛋白质分析主要依靠于紫外和可见吸收光谱分析。Xue和Yang[30]报道了一种准确、可靠的液晶蛋白分析法。该方法可用于检测浓度非常低的IgG,BSA,抗IgG的FITC和抗生物素的FITC(5.0μg/mL,6.0μg/mL,0.40μg/mL和0.37μg/mL)。但是这种方法只能提供一个简单的肯定或否定的回答。

2.3核酸分析

Kim和合作者们研究了DNA芯片上DNA 杂交所引起液晶向列变化[15]。该小组证实了DNA 杂交引起5CB各向异性的变化通过肉眼可测。Lai等的研究开启了DNA无损检测的大门[19]。他们在TEA/DMOAP修饰的基底表面，制成DNA 芯片。DNA即可诱导液晶5CB发生向列变化，偏光图像由黑暗转为明亮，且DNA固定区和无DNA区现象差别显著。更重要的是，该方法不会破坏固定上的核酸链，将液晶溶液清洗掉，DNA

单链仍可与目标链杂交，通过荧光信号可证明。Andrew和Daniel结合了阳离子表面活性剂（OTAB），构建了DNA液晶传感器[16]。通过二次诱导，实现对DNA的低浓度检测，检测下限可达50fmol，且能很好的区别一个碱基错配的DNA。

2008年，Lockwood[31]报道了单分子磷脂在液晶-水相界面中的特殊作用。寡肽聚合膜在液晶-水相界面，有选择的实现磷脂的传递。从液晶5CB的光学定向信号即可看出水相到液晶相的传递。据此推断，通过酶动力传递特定磷脂，可间接测定酶活力。同小组[32]也报道了关于在5CB-水相交界面上的单分子磷脂与蛋白质之间的相互作用。只有特定的蛋白质才能引起5CB光学信号的变化。

2.4溶致型液晶的运用

除了5CB，研究者们还发现了一种特殊的聚合物分散型液晶-一种溶致型液晶相[33]。色甘酸磷酸钠盐-DSCG溶于不同的多羟基水化物中，被水乳胶包裹，呈现表面活性剂性质，与同浓度的热致型液晶相比，双折射性更强。这种聚合物液晶被用于药物传递检测中。

使用热致型液晶时，配体和受体需要在液晶加入前结合，而溶致型液晶则可先让配体与液晶相达到平衡，加入受体后，液晶向列变化。这样使得实验能在生理条件进行（如体液或细胞液中）。

Abbott小组[12]2002年运用月桂酸钾酯/正癸醇和水的混合物制得溶致型液晶，以检测IgG。2006年，该小组[34]在进一步研究中发现一种新的液晶：β-氨基酸的螺旋低聚体。这种短的β-多肽在水中能构成溶致型液晶，这样大大扩展了液晶生物传感技术的应用领域。Woolverton的研究[35]也提出了一种简单、有效的溶致型液晶传感器，用于检测微生物。病原体存在下，免疫复合物的加入打乱了DSCG的有序性。这种快速的变化有望实现液晶生物传感技术的在线实时监测。

3液晶生物传感器的展望

从最初化学家们的好奇发现，到现在液晶显示器的大批量生产，液晶分子引领了现代工业技术的新潮流。同时，它对外界刺激（电场或磁场）的高灵敏性与现代集成电路的高速发展，给电子工业带来一场空前的革命。

随着近年来科学家们对液晶用于生物分析领域的极大关注，液晶似乎又开启了它应用领域的巨大篇章。尽管液晶生物传感器的研究还处于初级阶段，但发展势态良好。在短短一代人的时间里，液晶生物传感器就已被用于病原体检测、重大疾病诊断、基因组学分析等领域。随着科学技术之间的相互渗透，酶联免疫法、SPR、荧光分析等方法与液晶生物传感技术相结合，可以发展更灵敏更快速的传感器，且可望实现液晶传感器的微型化和自动化。便携式液晶传感仪用于疾病诊断可使病人无需在医院漫长的等待，在家即可自我检测。如同对集成电路工业的推动一样，液晶液将给基因组学的发展带来又一次风暴。

参考文献

[1]王新久.液晶光学与液晶显示[M].北京：科学出版社，

2006.1~20.

[2]Demus D.100Years liquid crystal chemistry[J].Mol.

Cryst.Liq.Cryst,1988,165:45~84.

[3]Shoichi Ishihara.How far has molecular alignment of liq-

uid crystals been elucidated[J].IEEE/OSA Journal of display Technology,2005,1(1):30.

[4]Scheidt K A,Johnston J N,Willis M C.Rubbing-Induced

Molecular Reorientation on an Alignment Surface of an Aromatic Polyimide Containing Cyanobiphenyl Side Chains[J].J.Am.Chem.Soc,2001,123(12):5678~ 5776.

[5]Castellano J A.Surface anchoring of liquid crystal

molecules on various substrates[J].Mol.Cryst.Liq.

Cryst.,1983,94(12):33~36.

[6]Robert W F,Patel J S.Chemically induced high-tilt sur-

faces for liquid crystals[J].Appl.Phys.Lett.,1987,50

(20):1426~1428.

[7]Berreman D W.Solid Surface Shape and the Alignment of

an Adjacent Nematic Liquid Crystal[J].Phys.Rev.Lett., 1972,28(26):1683~1686.

[8]Berreman D W.Alignment of Liquid Crystal by Grooved

Surfaces[J].Mol.Cryst.Liq.Cryst.,1973,23(26):215. [9]Kim Y B,Park S Y,Choi J W,et al.Rubbed polyimide

films studied by scanning force microscopy[J].Appl.

Phys.Lett.,1995,66(17):2218~2219.

[10]Huang J Y,Li J S,Chen S H.Rubbing-Induced Molec-

ular Alignment on a Rubbed Alkyl-Branched Polyimide Film[J].Mol.Cryst.Liq.Cryst.,1995,270(8):77~84. [11]Kim S R,Shah R R,Abbott N L.Orientations of Liquid

周瑾艳等：液晶材料在化学与生物传感器中的应用

2期7

Crystals on Mechanically Rubbed Films of Bovine Serum Albumin:A Possible Substrate for Biomolecular Assays Based on Liquid Crystals[J].Anal.Chem.,2000,72(19): 4646~4653.

[12]Kim S R,Abbott N L.Manipulation of the Orientational

Response of Liquid Crystals to Proteins Specifically Bound to Covalently Immobilized and Mechanically Sheared Films of Functionalized Bovine Serum Albumin [J].Langmuir,2002,18(13):5269~5276.

[13]Gupta V K,Skaife J J,Abbott N L,et al.Optical Amplifi-

cation of Ligand-Receptor Binding Using Liquid Crystals [J].Science,1998,279:2077~2080.

[14]John A Van Nelson,Seung-Ryeol Kim,Nicholas L Ab-

bott.Amplification of Specific Binding Events between Biological Species Using Lyotropic Liquid Crystals[J].

Langmuir,2002,18(13):5031~5035.

[15]Hak-Rin Kim，Jae-Hoon Kima，Tae-Sun Kim，et al.Op-

tical detection of deoxyribonucleic acid hybridization us-ing an anchoring transition of liquid crystal alignment [J].Applied Physics Letters.,2005,87(14):143901~ 143903.

[16]Andrew D Price,Daniel K Schwartz.DNA Hybridization-

Induced Reorientation of Liquid Crystal Anchoring at the Nematic Liquid Crystal/Aqueous Interface[J].J.Am.

Chem.Soc.,2008,130(26):8188~8194.

[17]Haupt K,Mosbach K Mosbach.Molecularly Imprinted

Polymers and Their Use in Biomimetic Sensors[J].

Chem.Rev.,2000,100(7):2495~2504.

[18]Matthew L Tingey,Sean Wilyana,Edward J Snodgrass,

et al.Imaging of Affinity Microcontact Printed Proteins by Using Liquid Crystals[J].Langmuir,2004,20(16): 6818~6826.

[19]Siok Lian Lai,Shisheng Huang,Xinyan Bi,et al.Optical

Imaging of Surface-Immobilized Oligonucleotide Probes on DNA Microarrays Using Liquid Crystals[J].Lang-muir,2009,25(1):311~316.

[20]Deny Hartono,Wei Jie Qin,Kun-Lin Yang,et al.Imag-

ing the disruption of phospholipid monolayer by protein-coated nanoparticles using ordering transitions of liquid crystals[J].Biomaterials,2009,30(12):843~849. [21]Lelidis I,魻edman C.Influence of substrate nature and

growth conditions on the morphology of thin DMOAP films[J].Liquid Crystals,2003,30(6):643~649. [22]Karabert M S,Osmanagic E,Musevic I.Surface anchor-

ing of nematic liquid crystal8OCB on a DMOAP silanat-ed glass surface[J].Liquid Crystals,2006,33(5):581~

585.

[23]Shah R R,Abbott N https://www.doczj.com/doc/9614985629.html,ing Liquid Crystals To Image

Reactants and Products of Acid-Base Reactions on Sur-faces with Micrometer Resolution[J].J.Am.Chem.

Soc.,1999,121(49):11300~11310.

[24]Skaife J J,Abbott N L.Influence of Molecular-Level In-

teractions on the Orientations of Liquid Crystals Support-ed on Nanostructured Surfaces Presenting Specifically Bound Proteins[J].Langmuir,2001,17(18):5595~ 5604.

[25]Skaife J J,Abbott N L.Quantitative interpretation of the

optical textures of liquid crystals caused by specific binding of immunoglobulins to surface-bound antigens [J].Langmuir,2000,16(7):3529~3536.

[26]Kim S R,Abbott N L.Rubbed Films of Functionalized

Bovine Serum Albumin as Substrates for the Imaging of Protein-Receptor Interactions Using Liquid Crystals[J].

Adv.Mater.,2001,13(19):1445~1449.

[27]Luk Y Y,Tingey M L,Dickson K A,et al.Imaging the

binding ability of proteins immobilized on surfaces with different orientations by using liquid crystals[J].J.Am.

Chem.Soc.,2004,126(29):9024~9032.

[28]Luk Y Y,Tingey M L,Hall D J,et https://www.doczj.com/doc/9614985629.html,ing Liquid Crys-

tals to Amplify Protein-Receptor Interactions:Design of Surfaces with Nanometer-Scale Topography that Present Histidine-Tagged Protein Receptors[J].Langmuir, 2003,19(5):1671~1680.

[29]Guzman O,Abbott N L,Pablo J J.Quenched Disorder in

a Liquid-Crystal Biosensor:Adsorbed Nanoparticles at

Confining Walls[J].J.Chem.Phys.,2005,122(18): 184711-4~184711-10.

[30]Xue C Y,Yang K L.Dark-to-bright optical responses of

liquid crystals supported on solid surfaces decorated with proteins[J].Langmuir,2008,24(2):563~567.

[31]Lockwood N A,Gupta J K,Abbott N L.Self-assembly of

amphiphiles,polymers and proteins at interfaces between thermotrpic liquid crystals and aqueous phases[J].Surf.

Sci.Rep.,2008,63(2):255~293.

[32]Park J S,Teren S,Tepp W H,et al.Formation of

oligopeptidebased polymeric membranes at interfaces between aqueous phases and thermotropic liquid crystals [J].Chem.Mater,2006,18(26):6147~6151.

[33]Simon K A,Sejwal P,Gerecht R B,et al.Water-in-Wa-

ter Emulsions Stabilized by Non-Amphiphilic Interac-tions:Polymer-Dispersed Lyotropic Liquid Crystals[J].

Langmuir,2007.23(3):1453~1458.

化学传感器30卷8

[34]Pomerantz W C,Abbott N L,Gellman S H.Lyotropic

Liquid Crystals from Designed Helical beta-Peptides[J].

J.Am.Chem.Soc.,2006,128(27):8730~8731.[35]Woolverton C J,Gustely E,Lanfang L,et al.Liquid crys-

tal effects on bacterial viability[J].Liq.Cryst.,2005,32

(4):417~423.

周瑾艳等：液晶材料在化学与生物传感器中的应用

2期9

《化学传感器》征订启事

《化学传感器》是经国家科委批准，由中国仪器仪表学会主办的专业科技刊物，1981年创刊，国内外公开发行，国内统一刊号CN32－1406／TP，国际标准刊号ISSN1008－2298。本刊的主要任务是交流有关化学传感器的研制、理论研究、在各个领域的应用、仪器及与微机联用技术等方面的学术论文、促进化学传感器在各生产科技部门的普及与推广应用。是冶金、地质、卫生防疫、环境保护、食品检验、生理医学、化工、农业、国防、科研、大专院校等一切从事化学分析、工业过程控制与自动检测的科技工作者的理想工具，得力助手。得到了广大化学分析科技工作者及有关大专院校师生的热情支持和好评。

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《化学传感器》编辑部

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）

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

光电化学生物传感器的研究与应用

光电化学生物传感器的研究与应用陈洪渊* 南京大学，南京，210093 *Email: hychen@https://www.doczj.com/doc/9614985629.html, 光电化学过程是指分子、离子以及固体物质在光的作用下，因吸收光子而使电子处于激发态继而产生电荷传递的过程。光电化学传感是基于物质的光电转化特性而建立起来的一种新兴的检测技术。待测物与光电化学活性物质之间的直接/间接相互作用，或者生物识别过程前后所产生的光电流（或光电压）的变化与待测物浓度之间的关系, 是光电化学传感定量的基础。在光电化学检测中，与电化学发光检测恰好相反，光被用作激发源来激发光活性物质，通过光激发所产生的电信号作为检测信号。由于采用不同能量形式的激发与检测信号，和电化学发光检测相同的是，光电化学传感的背景信号要比传统的电化学方法低。研究表明，在采用相同或类似的流程对同一种物质进行检测时，光电化学方法获得的检测限通常要比电化学方法低一个数量级。此外，由于利用电信号响应, 同传统的光学方法相比, 光电化学检测仪器设备简单、价格低廉且易于微型化。因此，这种方法在生物分析领域具有广阔的应用前景，近年发展十分迅速。随着研究的不断深入，可以预期，光电化学传感将在生物分子测定、环境监测、食品安全、新药研究和医学卫生等诸多领域发挥重要作用。目前，光电化学应用于生物传感器的各个主要研究方向，如DNA传感器、免疫传感器以及酶催化型传感器等方面都取得了迅速的发展。本文将以本研究组现有相关工作为例，对光电化学生物传感的基本概念、原理与应用及当前的发展趋势作一扼要的评述，以期为光电化学生物传感器的进一步发展提供一定的启示。参考文献 [1] Zhao W W, Yu P P, Xu J J, Chen H Y. Electrochem. Commun., 2011, 13, 495—497 [2] Zhao W W, Wang J, Xu J J, Chen H Y. Chem. Commun., 2011, 47, 10990—10992 [3] Zhao W W, Tian C Y, Xu J J, Chen H Y. Chem. Commun., 2012, 48, 895—897 [4] Zhao W W, Dong X Y, Wang J, Kong F Y, Xu J J, Chen H Y. Chem. Commun., 2012, 48, doi: 10.1039/C2CC17942C [5] Zhao W W, Ma Z Y, Yu P P, Dong X Y, Xu J J, Chen H Y. Anal. Chem., 2012, 84, 917—923

显示用液晶材料的应用和研究

显示用液晶材料的研究和应用姓名：任明珠班级：化学工程与工艺112 学号:201103322

显示用液晶材料的研究和应用摘要：介绍液晶材料与显示之间的联系，综述了国内TN-LCD,STN-LCD,TFT-LCD等三种液晶显示材料研究及应用等方面的情况。关键词：液晶材料；显示；研究应用 1888 年， F.Reinitzer 在测定有机化合物熔点时，发现某些有机化合物在熔化后经历了一个不透明的浑浊液态阶段，继续加热，才成为透明的各向同性的液体，这种浑浊的液体中间相具有和晶体相似的性质，随后德国人Lehmann(1855～1922年)用偏光显微镜证实了此中间相态具有光学各向异性，兼有液体的流动性和晶体的光学各向异性，故称为液晶（Liquid Crystal）。[1] 众所周知 ,物质除气态、液态和固态 3 种聚集状态外 ,还有等离子态、无定形固态、超导态、中子态、液晶态等其他聚集态结构形式。如果一个物质已部分或全部地丧失了其结构上的平移有序性 ,而还保留取向有序性 ,它即处于液晶态。[2]根据液晶分子在空间排列的有序性不同 ,液晶相可分为向列型、近晶型、胆甾型和蝶型液晶态4类。显示与液晶液晶材料在显示方面的应用是人所共知的,大家熟悉的许多产品都离不开液晶 ,如液晶广告宣传牌、液晶计时钟表、液晶游戏机、液晶仪表计量、液晶传感器、液晶通讯设备、液晶计算机等等 ;或者我们日常生产中的许多电器带有液晶器件 ,如微波炉、空调、冰箱、洗衣机等都带有液晶器件。随着显示器件技术和性能的改进和发展, 对液晶材料提出了更高的要求, 液晶材料工作者合成并开发了一系列新材料。目前比较引人注目的液晶材料有异氰硫基( NCS基) 液晶, 含氟液晶、烷基桥链液晶、酯类液晶等。[7] 液晶材料在液晶显示器件的发展过程中起着十分重要的作用,随着液晶显示技术水平的提高,对液晶材料的性能提出了更高的要求。由表1 可见,每一种新的液晶显示方式的实现, 总是伴随着新的液晶材料的出现。显示用液晶主要具备的性能: 液晶性能的要求 ( 1 ) 工作温度以室温为中心,范围要宽; (2 ) 化学性能稳定,寿命长; ( 3) 良好的电光特性。[6]

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.doczj.com/doc/9614985629.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

生物传感器综述

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生物传感器课程论文论文题目：生物传感器技术在环境分析与检测方面的应用研究进展专业: 分析化学姓名:雷杰学号：120１5１305２9 指导教师：晋晓勇时间：２０1５年1０月23日

生物传感器技术在环境分析与检测方面的应用研究进展摘要：生物传感器作为一类新兴传感器,它是以生物分子敏感元件,将化学信号、热信号、光信号转换成电信号或者直接产生电信号予以放大输出,从而得到检测结果。文章综述了生物传感器在环境监测,包括水环境、大气环境等领域的应用和最新进展,并展望了环境监测生物传感器的发展前景及发展方向。关键词:生物传感器技术；环境分析检测;

０.前言生物传感器这门课属于分析化学和生物化学的一门交叉学科，它涉及到生物化学、电化学等多个基础学科。就目前生物传感器研究的历史阶段，它仍然处于十分活跃的研究阶段,生物传感器的研究逐渐变得专业化、微型化、集成化、也有一些生物相容的生物传感器,生物可控和智能化的传感器制成[1]。基于生物传感器的基本结构和性能，从它的选择性,稳定性，灵敏度和传感器系统的集成化发展的特点和趋势,科研人员主要研究生物传感器在医疗、食品工业和环境监测等方面,它的发展对生产生活都有极大影响，尤其是生物传感器专一性好、易操作、设备简单、可现场检测、便携式、测量快速准确、适用范围广,从而深受研究者的青睐。本文主要概述了近三年来生物传感器在环境分析与检测方面的应用研究，从而对以后生物传感器技术的研究有所帮助与借鉴。 1.生物传感器技术 1.1生物传感器的组成及工作原理生物传感器主要是由生物识别和信号分析两部分组成。生物识别部分是由具有分子识别能力的生物敏感识别元件构成,包括细胞、生物素、酶、抗体及核酸。信号分析部分通常叫换能器。它们的工作原理一般是根据物质电化学、光学、质量、热量、磁性等,物理化学性质将被分析物与生物识别元件之间反应的信号转变成易检测、量化的另一种信号,比如电信号、焚光信号等,再经过信号读取设备的转换过程，最终得到可以对分析物进行定性或定量检测的数据[2]。生物传感器识别和检测待测物的工作原理:首先,待测物分子与识别元素接触；然后,识别元素把待测物分子从样品中分离出来；接着,转换器将识别反应相应的信号转换成可分析的化学或物理信号;最后，使用现代分析仪器对输出的信号进行相应的转换，将输出信号转化为可识别的信号。生物传感器的各个部分包括分析装置、仪器和系统也由此构成。生物传感器中的识别元素决定了传感器的特异性,是生物定性识别的决定因素；识别元素与待测分子的亲合力，以及换能器和检测仪表的精密度，在很大程度上决定了传感器的灵敏度和响应速度。

显示用液晶材料的应用和研究

显示用液晶材料的研究和应用

姓名：任明珠班级：化学工程与工艺112 学号:201103322 显示用液晶材料的研究和应用摘要：介绍液晶材料与显示之间的联系，综述了国内TN-LCD,STN-LCD,TFT-LCD等三种液晶显示材料研究及应用等方面的情况。关键词：液晶材料；显示；研究应用 1888 年， F.Reinitzer 在测定有机化合物熔点时，发现某些有机化合物在熔化后经历了一个不透明的浑浊液态阶段，继续加热，才成为透明的各向同性的液体，这种浑浊的液体中间相具有和晶体相似的性质，随后德

国人Lehmann(1855～1922年)用偏光显微镜证实了此中间相态具有光学各向异性，兼有液体的流动性和晶体的光学各向异性，故称为液晶（Liquid Crystal）。[1] 众所周知 ,物质除气态、液态和固态 3 种聚集状态外 ,还有等离子态、无定形固态、超导态、中子态、液晶态等其他聚集态结构形式。如果一个物质已部分或全部地丧失了其结构上的平移有序性 ,而还保留取向有序性 ,它即处于液晶态。[2]根据液晶分子在空间排列的有序性不同 ,液晶相可分为向列型、近晶型、胆甾型和蝶型液晶态4类。显示与液晶液晶材料在显示方面的应用是人所共知的,大家熟悉的许多产品都离不开液晶 ,如液晶广告宣传牌、液晶计时钟表、液晶游戏机、液晶仪表计量、液晶传感器、液晶通讯设备、液晶计算机等等 ;或者我们日常生产中的许多电器带有液晶器件 ,如微波炉、空调、冰箱、洗衣机等都带有液晶器件。随着显示器件技术和性能的改进和发展, 对液晶材料提出了更高的要求, 液晶材料工作者合成并开发了一系列新材料。目前比较引人注目的液晶材料有异氰硫基 ( NCS基) 液

高分子液晶材料的应用及发展趋势讲解

# 16 #陶瓷2009. No. 3 高分子液晶材料的应用及发展趋势王瑾菲蒲永平杨公安杨文虎 ( 陕西科技大学材料科学与工程学院西安710021) 摘要液晶相是不同于固相和液相的一种中介相态。系统地阐述了液晶的发现、形成机制以及分类,简单介绍了液晶高分子的结构特点,介绍了主链型和侧链型液晶高分子研究的新进展,并对液晶在各个领域的应用研究和潜在性能进展作了简要的阐述。关键词液晶高分子液晶研究进展 Application and the Development of Liquid Crystal Polymer Materials Wang Jinfei, Pu Yongping, Yang Gongan, Yang Wenhu( School of Materials Science & Engineering, Shaanxi University of Science and Technology, Xi. an, 710021) Abstract: Liquid crystal phase is different from the solid phase and an intermediate liquid phase. This paper described the discovery of the LCD, and the mechanism for the formation and classification, briefly introducd the liquid crystalline polymer structural, researched new progress of the main- chain and side- chain type liquid crystal polymer and indicated the application progress and potential properties of LCD in all fields. Key words: Liquid crystalline polymer; Liquid crystal; Study progress 1 液晶的发现液晶是某些物质在熔融态或在溶液状态下形成的有序流体的总称。液晶的发现可以追溯到1888年,奥地利植物学家 F Reinitzer发现,把胆甾醇苯酸脂( Cho-l esteryl Benzoate, C6 H5 CO2 C27 H45 , 简称 CB) 晶体加热到145. 5 e 会熔融成为混浊的液体, 145. 5 e 就是该物质的熔点。继续加热到178. 5e,混浊的液体会突然变成清亮的液体,而且这种由混浊到清亮的过程是可逆的。O Lehmann经过系统地研究指出,在一定的温度范围内,有些物质的机械性能与各向同性液体相似;但是它们的光学性质却和晶体相似,是各向异性的。因此,这些介于液体和晶体之间的相被称为液晶相[ 1]。 2 液晶高分子的分类液晶是一类具有特殊性质的液体,既有液体的流动性又有晶体的各向异性特征。现在研究及应用的液晶主要为有机高分子材料。一般聚合物晶体中原子或

生物传感器的原理及应用

生物传感器的原理及应用摘要: 随着信息技术与生物工程技术的发展，生物传感器得到了极为迅速的发展，当今各发达国家都把生物传感器列为21世纪的关键技术，给予高度的重视。生物传感器不仅广泛用于传统医学领域，推动医学发展，而且还在空间生命科学、食品工业、环境监测和军事等领域广泛应用。关键词:生物传感器；原理；应用；发展 Abstract: As information technology and biological engineering technology, bio-sensors has been very rapid development，today's developed countries regard the biosensor technology as the key to the 21st century, given a high priority. Biosensors are widely used in traditional medicine not only to promote the development of medicine, but also in space life science, food industry, environmental monitoring and widely used in military and other fields. Keyword s: biosensor; principle; application; development

目录一. 引言 (4) 二. 生物传感器的原理 (4) 三. 生物传感器的应用 (5) 3.1.生物传感器在医学领域的应用 (5) 3.1.1. 基于中医针灸针的传感针 (5) 3.1.2.生物芯片 (5) 3.1.3.生物传感器的临床应用 (5) 3.2.生物传感器在非传统医学领域的应用 (6) 3.2.1．在空间生命科学发展中的应用 (6) 3.2.2．在环境监测中的应用 (6) 3.2.3．在食品工程中的应用 (6) 3.2.4．在军事领域的应用 (6) 四. 生物传感器的未来 (7) 五. 结束语 (7) 六. 参考文献 (7)

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。

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

生物传感器的应用及发展趋势

生物传感器的应用及发展趋势摘要: 生物传感器是一类特殊的化学传感器，是以生物体成分（如酶,抗原,抗体,激素等）或生物体本身(细胞,微生物,组织等)作为生物体敏感元件,对被测目标物具有高度选择性的检测器件。生物传感器不仅广泛用于传统医学领域，推动医学发展，而且还在空间生命科学、食品工业、环境监测和军事等领域广泛应用。关键词:生物传感器种类；原理；应用；趋势一.生物传感器基本结构和工作原理生物传感器由分子识别部分（敏感元件）和转换部分（换能器）构成，以分子识别部分去识别被测目标，是可以引起某种物理变化或化学变化的主要功能元件。分子识别部分是生物传感器选择性测定的基础。生物传感器通过物理，化学型信号转换器捕捉目标物与敏感元件之间的反应，并将反应的程度用离散或连续的电信号表达出来，从而得出被测量。生物体中能够选择性地分辨特定特质的物质有酶、抗体、组织、细胞等。这些分子识别功能物质通过识别过程可与被测目标结合成复合物，如抗体和抗原的结合、酶与基质的结合。在设计生物传感器时，选择适合于测定对象的识别功能物质，是极为重要的前提；要考虑到所产生的复合物的特性。根据分子识别功能物质制备的敏感元件所引起的化学变化或物理变化，去选择换能器，是研制高质量生物传感器的另一重要环节。敏感元件中光、热、化学物质的生成或消耗会产生相应的变化量。根据这些变化量，可以选择适光的换能器。二.生物传感器的分类及应用 1.酶生物传感器酶传感器是生物传感器的一种，是利用生化反应所产生的或消耗的物质的量，通过电化学装置转换成电信号，进而选择性地测定出某种成分的器件。酶生物传感器应用于检测血糖含量，检测氨基酸含量，测定血脂，测定青霉素和浓度，测定尿素，测定血液中的酶含量酶传感器中应用的新技术：纳米技术固定化酶时引入纳米颗粒能够增加酶的催化活性，提高电极的响应电流值。首先，纳米颗粒增强在载体表面上的固定作用；其次是定向作用，分子在定向之后，其功能会有所改善；第三，由于金、铂纳米颗粒具有良好的导电性和宏观隧道效应，可以作为固定化酶之间、固定化酶与电极之间有效的电子媒介体，从而使得氧化还原中心与铂电极间通过金属颗粒进行电子转移成为可能，酶与电极间可以近似看作是一种导线来联系的。这样就有效地提高了传感器的电流响应灵敏度。孟宪伟等首次研究了二氧化硅和金或铂组成的复合纳米颗粒对葡萄糖生物传感器电流响应的影响，其效果明显优于这=种纳米颗粒单独使用时对葡萄糖生物传感器的增强作用。其原因是纳米粒子具有吸附浓缩效应、吸附定向和量子尺寸颗粒效应，复合纳米颗粒比单独一种纳米颗粒更易于形成连续势场，降低电子在电极和固定化酶间的迁移阻力，提高电子迁移率，有效地加速了酶的再生过程，因此复合纳米颗粒可以显著增强传感器的电流响应。 2.免疫传感器免疫传感器应用于检测食品中的毒素和细菌，检测DNA 光纤，检测残留的农药，毒品和滥用药物的检测。

液晶材料的发展和应用

液晶材料的发展和应用 1888 年，奥地利科学家F．Reinitzer 发现了液晶。20 世纪70年代初，H elfrich 和Schadt 利用利用扭曲向列相液晶的电光效应和集成电路相结合，将其制成显示元件，实现了液晶材料的产业化。显示产业被看作是继集成电路和计算机之后，电子工业又一次不可多得的发展机会，在一个国家的国民经济及信息化的发展中，起着举足轻重的作用。显示用液晶材料由多种小分子有机化合物组成，这些小分子的主要结构特征是棒状分子结构。现已发展出很多种类，如各种联苯腈、酯类、环己基(联)苯类、含氧杂环苯类、嘧啶环类、二苯乙炔类、乙基桥键类和烯端基以及各种含氟苯环类等。随着LC D的迅速发展，近年还开发出多氟全氟芳环、以及全氟端基液晶化合物。液晶材料的分类根据液晶形成的条件可分为热致液晶和溶致液晶；按相态分类可分为向列相，近晶相和手性相。 1.溶致液晶，将某些有机物放在一定的溶剂中,由于溶剂破坏结晶晶格而形成的液晶,被称为溶致液晶。比如:简单的脂肪酸盐、离子型和非离子型表面活性剂等。溶致液晶广泛存在于自然界、生物体中,和生命息息相关,但在显示中尚无应用。 2.热致液晶，热致液晶是由于温度变化而出现的液晶相。低温下它是晶体结构,高温时则变为液体,这里的温度用熔点( TM) 和清亮点( TC ) 来标示。液晶单分子都有各自的熔点和清亮点,在中间温度则以液晶形态存在。目前用于显示的液晶材料基本上都是热致液晶。在热致液晶中,又根据液晶分子排列结构分为三大类:近晶相(SMECTIC) 、向列相(NEMATIC) 和胆甾相(CHOLESTERIC) 。液晶材料的用途目前,各种形态的液晶材料基本上都用于开发液晶显示器,现在已开发出的有各种向列相液晶、聚合物分散液晶、双(多) 稳态液晶、铁电液晶和反铁电液晶显示器等。而在液晶显示中,开发最成功、市场占有量最大、发展最快的是向列相液晶显示器。按照液晶显示模式,常见向列相显示就有TN (扭曲向列相) 模式、HTN (高扭曲向列相) 模式、STN (超扭曲向列相) 模式、TFT (薄膜晶体管) 模式等。TN：计算器，电子表,仪器仪,表表盘,电话机,传真机，家用电器HTN：游戏机，电饭煲，早教机,车载系统STN：手机，MP4，MP3,电子词典，PDATFT：背投电视，电脑，手机，汽车导航仪。液晶材料的合成 1.具有光合热的化学安定度以及使用寿命较长

液晶材料的合成及其应用(华师版)

液晶材料的合成及其应用姓名：学号：预习密码：7 【前言】 1、实验目的（1）了解液晶材料的结构特点、制备方法与应用。（2）掌握DCC法合成胆固醇丙酸酯液晶材料的操作技术。 2、实验意义胆固醇酯是一种具有液晶相的化合物，其在一定条件下,会随温度、磁场、电场、机械应力、气体浓度变化，而发生色彩的变化，可用于制作液晶温度计、气敏元件、电子元件、变色物质等，还可用于无损伤探伤、微波测量、治病诊断、定向反应等化学、化工、冶金、医学等领域。不仅如此，某些胆甾醇酯类化合物作为乳化剂等在食品、化妆品领域有重要应用。胆固醇酯类化合物可由羧酸与醇直接酯化反应制得，但传统的酸催化方法酯化收率很低，因此近来国内外开发了各种新方法，如酰氯酯化法、酸酐酯化法、二环己基碳二亚胺（DCC）脱水酯化法等,以及最近的酶催化酯交换法。其中#虽然酰氯酯化法应用最多，但存在原料酰氯需要现制现用、副产物HCl去除麻烦、整体合成路线长等问题。相比之下，DCC脱水缩合法合成胆甾醇酯类化合物，没有酸酐酯化法仅限于少量酸酐的局限，没有酯交换法需要制备其他低级醇酯的麻烦，而且其反应条件温和，产率通常比较高。但是，DCC脱水缩合法中常见的脱水促进剂，如4- 吡咯烷基吡啶、4- 二甲基吡啶（DMAP）、2,4,6-三甲基吡啶盐酸盐等，试剂的价格都比较昂贵。目前，DCC脱水缩合法合成胆固醇丙酸酯和胆固醇苯甲酸酯鲜见国内外文献报道，因此本文采取DCC作酯化反应的脱水剂,分别用DMAP和N,N- 二甲基苯胺作除水促进剂研究胆固醇丙酸酯和胆固醇苯甲酸酯的合成，发现用廉价的N,N- 二甲基苯胺作除水促进剂也可以合成胆固醇丙酸酯，虽然其产率不及DMAP，但有利于降低胆固醇丙酸酯合成成本。 3、实验综述【实验部分】 1、实验原理 2、仪器与试剂 (1)实验仪器有机合成实验玻璃仪器一套(必须含蒸馏,抽滤设备)、磁力搅拌器、薄层检测用荧光仪、水泵、显微熔点仪

生物传感器的应用现状及发展前景

生物传感器的应用现状及发展前景摘要：到来后，获取准确可靠的信息对现代化生产有着重大作用，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。其中生物传感器早已渗透到国民经济的各个部门如食品、制药、、、环境监测等方面。生物传感器专一性好、易操作、设备简单、测量快速准确、适用范围广。随着固定化技术的发展，生物传感器在市场上具有极强的竞争力。生物传感器的研究开发，已成为世界科技发展的新热点。相信不久的将来，生物传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。关键词：生物传感器、应用、前景一、传感器概述传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律(法则)转换成可用信号的器件或装置，通常由和转换元件组成”。随着的到来，世界开始进入。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。传感器早已渗透到工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等各个领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。由此可见，在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。传感器的特点主要有微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它不仅促进了传统产业的改造和更新换代，而且还可能建立新型工业，从而成为21世纪新的经济增长点。常见传感器有、、、、、、、以及等。二、生物传感器概述生物传感器是用生物活性材料（酶、、、抗体、抗原等）与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。 1967年.乌普迪克等制出了第一个生物传感器--葡萄糖传感器。将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，便制成了这种葡萄糖传感器。生物传感器的分类： ⑴按照感受器生命物质分类，可分为：微生物传感器、免疫传感器、组织传感器、细胞传感器、、DNA传感器等等。

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、

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