基于微胶囊的生物传感器.ppt

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13生物传感器PPT课件

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生物传感器概念生物传感器类生物传感器结构和原理生物传感器的信号转换器微生物传感器生物传感器应用领域
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一、what is biosensor?
1、概述
传感器是一种信息获取与处理的装置。对物质成分传感的器件就是化学传感器，它是一种小型化的、能专一和可逆地对某种化学成分进行应答反应的器件，并能产生与该成分浓度成比例的可测信号。
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1.2 基本电化学信号测量技术
• （1）电位信号测量方法对于一个选择性膜电极，当其他外界
条件固定时，膜电位与溶液中待测离子活度（或浓度）的对数值呈线性关系，即符合能斯特关系式。由于单个电极电位值是无法测量的，通常将待测电极与一个参比电极组成一个电池，测量其电位差值。采用的参比电极处理可使用标准氢电极外常常使用甘汞电极和银-氯化银电极（结第22构页/共如11下1页图）。
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生物传感器分类示意图
酶传感器固定化酶
微生物传感器
固定化微生物生物分子固定化抗体免疫传感器识别元件
固定化寡链核苷酸
生物组织切片
基因传感器
组织传感器
生物传感器按生物分子识别元件敏感物质分类
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3、根据生物传感器的信号转化器分：
电化学生物传感器（bioelectrode）半导体生物传感器（semiconductbiosensor）测热型生物传感（calorimetricbiosensor）测光型生物传感器（opticalbiosensor）压电晶体生物传感器（piezoelectricbiosensor）
1. Pt阳极 2. 聚四氟乙烯膜（作用） 3. 固相酶膜 4. 半透膜多孔层 5. 半透膜致密层

生物传感器 ppt课件

生物组织传感器是以活的动植物组织细胞切片作为识别元件，并与相应的变换元件构成生物组织传感器。
①生物组织含有丰富的酶类，这些酶在适宜的自然环境中，可以得到相当稳定的酶活性，许多组织传感器工作寿命比相应的酶传感器寿命长很多；
②在所需要的酶难以提纯时，直接利用生物组织可以得到足够高的酶活性；
③组织识别元件制作简便，一般不需要采用固定化技术。
它是对物质在分子水平上进行快速和微量分析的方法。
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1.原理
生物传感器的结构一般是在基础传感器(如电化学装置）上再耦合一个生物敏感膜（称为感受器或敏感元件）。生物敏感膜紧贴在探头表面上，再用一种半渗透膜与被测溶液隔开。当待测溶液中的成分透过半透膜有选择地附着于敏感物质上时，形成复合体，随之进行生化和电化学反应，产生普通电化学装置能感知的O2、 H2、NH4+、CO2等或光声等信号，并通过信号转换元件转换为电信号。
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1)酶生物传感器
酶传感器是由酶传感器和电化学器件构成的。由于酶是蛋白质组成的生物催化剂，能催化许多生物化学反应。酶的催化效率极高，而且具有高度专一性，即能对待测生物量（底物）进行选择性催化，并且有化学放大作用。因此利用酶的特性可以制造出高灵敏度、选择性好的传感器。
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将光信号转变为电信号
例如，过氧化氢酶能催化过氧化氢/鲁米诺体系发光，因此如设法将过氧化氢酶膜附着在光纤或光敏二极管的前端，再和光电流测定装置相连,即可测定过氧化氢含量。
还有很多细菌能与特定底物发生反应，产生荧光，也可以用这种方法测定底物浓度。
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2.生物传感器的特点

第8章-生物传感器PPT课件

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8.1 生物传感器的工作原理
生物传感器是在基础传感器上再耦合一个生物敏感膜而形成的，生物功能膜上(或膜中)附着有生物传感器的敏感物质，被测量溶液中待测定的物质经扩散作用进入生物敏感膜层，经分子识别或发生生物学反应，其所产生的信息可通过相应的化学或物理原理转变成可定量和可显示的电信号，通过电信号的分析就可知道被测物质的成分或浓度。
➢ 多功能酶传感器、测定酶活性传感器、半导体酶传感器以及检测难溶于水的物质的酶传感器正在研究之中。随着基因工程技术的开发，
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使酶传感器的特性会得到进一步的发展。
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葡萄糖传感器
➢葡萄糖是典型的单糖类，是一切生物的良好能源，测定血液中葡萄
糖浓度对糖尿病患者作临床检查是很重要的。葡萄糖传感器是以葡
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➢图8-6为这种免疫传感器的结构原理图。图中2、3两室间有固定化抗原膜，而1、3两室之间没有固定化抗原膜。正常情况下，1、2室内电极间无电位差。若3室内注入含有抗体的盐水时，由于抗体和固定化抗原膜上的抗原相结合，使膜表面吸附了特异的抗体，而抗体是有电荷的蛋白质，从而使抗原固定化膜带电状态发生变化，因此1、2 室内的电极间有电位差产生。
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图8-1 生物传感器工作原理示意图
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血糖－乳酸测定流程
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体育上耐力训练
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手掌型葡萄糖(glucose)分析仪
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《生物传感器》PPT课件

生物分子识别元件：葡萄糖氧化酶膜可用的测量量：O2的减少量，葡萄糖酸或H2O2的
产生量
信号转换元件：氧电极，pH电极及H2O2电极
一种葡萄糖传感器-Glucowatch
•Glucose pulled through the skin by charged molecules •The ions migrate to the anode (+) and cathode (-) •Glucose reacts with glucose oxidase to form hydrogen peroxide •The reaction produces an electrochemical measured by the AutoSensor
灵敏。
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3
敏感元件：
酶、抗体、核酸、细胞等。
转换器：
电化学电极、光学检测元件、场效应晶体管、压电石英晶体、表面等离子共振。
酶 (Enzyme)
抗体(Antibody)
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DNA
4
2. 分类
根据输出信号产生的方式生物亲和型、代谢型、催化型
根据生物分子识别元件上的敏感物质酶传感器、组织传感器、微生物传感器、免疫传感器、基因传感器等
根据信号转化器电化学生物传感器、半导体生物传感器等
其他分类被测对象、大小、功能
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3. 生物传感器的特点
➢ 高选择性。生物传感器是由选择性好的主体材料构成的分子一识别元件，因此，一般不需进行样品的预处理。测定时一般不需另加其它试剂。
➢ 体积小、可以实现连续在位监测。
➢ 响应快、样品用量少，且由于敏感材料是固定化的，可以反复多次使用。

纳米微粒生物传感器phPPT课件

尼罗红（NR）：红色荧光分子
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第十二届全国发光学术会议
比率荧光pH纳米水凝胶的制备及表征
再沉淀法：将PU, BTB, C6 和NR 按照一定比例溶于乙醇/水（9/1）的混合溶液中，然后于水中透析 24 小时，经 200nm 的膜过滤，即得到水
100
凝胶分散液
50
% in class
0.2
0.0
580
600
620
640
660
Wavelength/nm
1.0
(B)
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0 10 20 30 40 50 60
Temperature/oC
根据温度敏感度的定义∆I /(Iref∆T), 纳米颗粒在生理温度范围内（25-45 oC）的敏感度为-3.07%/oC。假设荧光强度测量的精确度为±1%，那么Eu-DT纳米传感器的温度分辨率可以达到± 0.3 oC。
备再
纳沉
米淀
颗粒示意图
-
封装方法制
1.0
Eu-DT in solvent
Eu-DT in NPs
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0 350 400 450 550 600 650
Wavelength / nm
1.0 B
0.9
0.8
A 0.7
0.6 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
Time (h)
Size distribution(s)
纳米水凝胶在水溶液中的粒径分布
20
5 10
50 100
5001000
Diameter (nm)

《生物传感器》课件

2
研究热点和挑战
纳米技术、生物信息学和人工智能等领域的发展，将会推动生物传感器的研究和创新。
3
广阔前景
生物传感器在医疗保健、环境保护、食品安全等方面的应用前景广阔，将为人类健康和生活质量带来积极影响。
总结和展望
优势与比较
生物传感器相较于其他类型传感器的优势，为其在各个领域的广泛应用提供了巨大潜力。
生物传感器的工作原理和分类决定了其在不同领域中的应用方式和效果。
构成和组成元素
了解生物传感器的构成和组成元素对于实现更高的灵敏度和选择性至关重要。
主要技术
生物传感器中的主要技术，如纳米材料和生物分子探测技术，环境监测
生物传感器在水质、空气污染等环境监测中的应用，有助于实时监测和保护我们的生态环境。
《生物传感器》PPT课件
生物传感器是一种用于检测、测量和监测生物过程的先进技术。了解生物传感器的概念、原理和应用将对我们的日常生活和科学研究产生重要影响。
引言
生物传感器的概念和应用以及生物传感器的种类和分类。了解生物传感器的基础知识是深入研究其原理和应用的关键。
生物传感器的原理和构成
工作原理
2
医学检测
通过生物传感器，可以实现早期疾病诊断、药物监测等医学检测的快速和准确。
3
食品安全
生物传感器在食品安全领域的应用，能够检测有害物质和食品质量，保障消费者的健康。
生物传感器的发展趋势
1
未来发展方向
生物传感器将越来越普遍应用于生命科学研究、医疗诊断、环境监测等领域，为人类带来更多的机会和挑战。
发展现状和前途
了解生物传感器的发展现状，并为未来的研究和应用提供展望。
研究与发展
进一步深入研究和开发生物传感器，将推动其在科学研究和工程应用中的创新和突破。

《微电子生物传感器》课件

微生物传感器的未来展望
1 智能化、可穿戴化
微生物传感器将发展智能、可穿戴的形态，实现个性化、实时监测。
2 安全、便携、低功耗
未来微生物传感器将更加注重安全性、便携性和低功耗，满足用户需求。
3 与物联网、云计算的结合
微生物传感器将与物联网和云计算相结合，实现数据的实时传输和分析。
结束语
微电子生物传感器作为一种前沿技术，将为医疗、环境保护和生物科学等领域带来巨大的发展潜力。
环境监测
微生物传感器可监测水质、空气质量等环境参数，帮的发展趋势
新材料的应用
新型材料，如纳米材料和仿生材料的应用，将推动微生物传感器的发展。
微纳制造技术的发展
微纳制造技术的不断发展将实现微生物传感器的高灵敏度和大规模制备。
多模态检测技术的应用
多种检测技术的结合将提高微生物传感器的可靠性和应用范围。
2
生物识别元件制备
通过生物纳米技术制备生物识别元件，如DNA、蛋白质或细胞。
3
生物元件的固定
将生物识别元件固定到微电子生物传感器的微结构上，以完成生物传感器的制备。
微生物传感器的应用
生化分析
微生物传感器可用于医疗诊断、食品检测等生化分析领域，提供准确和快速的结果。
异物检测
微生物传感器能够检测环境中的异物，如细菌、病毒和重金属等，保护人类和环境的安全。
《微电子生物传感器》 PPT课件
本课件将介绍微电子生物传感器的原理、制备流程、应用、发展趋势以及未来展望，以便为您提供有关这一领域的全面知识。
概述
微电子生物传感器是一种利用微加工技术制备的生物识别元件，用于生化分析、异物检测和环境监测等领域。
生物传感器的制备流程

《纳米生物传感器》PPT课件

光催化半导体材料纳米氧化物在生物传感器中的应用
孙雯 2012110265
精选PPT
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目录
半导体材料光催化性能简介金属氧化物纳米材料在生物传感上的应用总结与展望
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2
1.1半导体光催化背景
通过利用可再生能源和新型环境友好型功能材料来治理或修复生态环境和制备清洁能源，并在最大限度上提高新型环境友好型功能材料的使用效率是21世纪环境及能源领域的重要目标之一。半导体光催化技术以其室温深度反应和可直接利用太阳能作为能源来驱动反应等独特性能，在此领域中发挥出重要作用。
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纳米棒
例如，Liu 课题组制备的基于ZnO 纳米棒的第三代安培型葡萄糖传感器，固定于ZnO 纳米棒的葡萄糖氧化酶表现出很高的催化活性，构建的传感器在一个很宽的线性范围内具有高灵敏度和良好的选择性。
基于葡萄糖氧化酶修饰的 ZnO 纳米棒阵列构建的第三代安培型葡萄糖传感器
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1.2 半导体光催化反应原理
根据以能带为基础的电子理论，半导体的基本能带结构是：存在一些列的满带，在最上面的满带称为价带（Valence band, VB ）;存在一系列的空带，在最下面的空带称为导带（Conduction band, CB）.价带和导带之间称为禁带。当用能量大于或等于禁带宽度（Eg）的光辐射半导体时，半导体价带上的电子可以被激发跃迁到导带上面，同时在价带上面产生相应的空穴，于是便在半导体内部生成了光生电子（e-）-光生空穴（h+）对。
降低成本, 实现超微量检测, 扩大应用范围。
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谢谢！
精选PPT
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广义上的纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm) 或由它们作为基本单元构成的材料。

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Polyelectrolyte microcapsules are formed by depositing alternating layers of charged polymers onto sacrificial templates using the layer-by-layer (LbL) nanoscale self assembly process, which is followed by the removal of the template via chemical treatment.
layer-by-layer (LbL) nanoscale self-assembly process allows for an even wider assortment of candidate materials.
tunable composition of the capsule walls
Advantage: virtually any removable template can be used Disadvantages: low loading efficiency, requirement to use materials that can be induced to alter pore size, effects encapsulated species
• color-changing particles implantation in the skin
personalized medicine
One possible tool ‘‘smart tattoo’’
smart tattoo
color-changing particles reside primarily in the dermis respond to changes in interstitial fluid composition measurable shifts in their optical properties. external optical device pass light into the skin collectreflected or emitted light perform analysis to report interstitial composition to the patient in a continuous or spot fashion
Three principal methods:
Precipitation, adsorption/absorption, diffusion
1. Diffusion
microcapsules are prepared in advance
load with assay using simple diffusion
fluorescent microspheres/capsules, hollow fiber membranes encapsulating sensing chemistry, and polymeric slabs doped with fluorescent reagents. the target species are able to freely diffuse into the container, while permanently compartmentalizing the sensing reagents
Encapsulation within polyelectrolyte multilayer capsules
Nano-engineered microcapsule carriers is an effective means of encapsulating sensing reagents.
Different approaches to entrap optical sensing assays: various types of microvesicles, including liposomes, polymersomes, and polyelectrolyte microcapsules.
2. adsorption/absorption
porous templates preloaded with the sensing molecules
基于微胶囊的光学生物传感器
Microcapsules as optical biosensors
Introduction
• faster, cheaper, and more detailed diagnostics.
individuals manage their own
health
• providing userfriendly tools for monitoring their current health status.
The key to making this approach viable：
engineer implantable materials, sensitivity, operational stability, and biocompatibility for long-term use
Examples of this concept :
precise control over transport
properties
interfacial properties
molecular weight cutoff
Hale Waihona Puke permeabilityThe goal of encapsulation is to trap the sensing reagents behind a semi-permeable Barrier. The sensor chemistry must be trapped in sufficient quantity for the optical response to be measured.