现代传感技术与系统》课件第三章3-4要点PPT课件

第三章(3)
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3.3.4 用于分子识别的生物传感器
要点2: 生物间信息传递的基本要求 ---- 分泌、传输及接收 在接收机理中，每一个特殊的分子信息被选择性地识别。
能在目标细胞中分辨相应分子信息的是接收体蛋白质。 第一类:与离子通道相关的接收器 第二类:与G蛋白相关的接收器构成 第三类:包括磷活化酶相关的接收器。
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3.3.4 用于分子识别的生物传感器
方式2: 非特定接收器和神经网络的集成
可对一定范围内的分子产生响应。许多络合物质及生物体可以作为非 特定型接收器工作。这些物质根据每一类设定目标分子的反映特性，以略 微不同的方式对其作出响应。通常需使用几种非特定型接收器去分辨某一 种特定的气味或味道。
3.3.4 用于分子识别的生物传感器
要点1. 生物系统的分子识别机理 ----细胞通讯与神经突触 胰导素类的荷尔蒙分子通过遍布全身的特殊细胞分泌，
这种分子从正在分泌的细胞到特殊的目标细胞之间传递相应信 息。通过这些信息分子的交换，在生物系统实现了细胞间的通 讯。
另一种细胞间的联系产生于神经突触(synapse)，即神经 元之间的结点。神经末梢分泌神经传递分子。因为相邻神经元 之间通过3nm的气隙连接，分泌的神经传递物质扩散至相邻的 神经元从而实现信息.3.4 用于分子识别的生物传感器
⑵ 用于乙醇识别的生物催化传感器
将镀铂电极浸入含有酒精脱氢酶的溶液中，脱氢酶与麦尔 多拉蓝（meldola’s blue）合成然后转化为含吡咯（pyrrole） 的溶液。乙醇或以气态或以液态渗透薄膜，并且由酒精脱氢酶 键合膜来识别。在酶的活跃点经过酒精脱氢酶，电子从乙醇转 移 到 烟 酰 胺 腺 嘌 呤 二 核 苷 酸 （ NAD nicotinamide adenine dinucleotide）,其结果是NAD的减小。在减小的NAD表现形式与 电极之间，麦尔多拉蓝与吡咯形成了一个电子传输网络。
用于ATP识别的ATP酶基生物传感器已通过固定型ATP酶与 热电阻偶合的方式得以实现。因为热是通过生物催化反应定 量产生的，ATP酶对ATP的识别是经由热电阻转化的。
此外，荧火虫的莹光酶是通过光纤或光导与光计数器或 光电二极管偶合的。
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(4) 用于同类免疫测试的光学免疫传感器
免疫传感器的选择性可能是基于抗体的选择性分子辨识。源于抗体对 相应抗原的极高的吸附性，免疫测试技术通常可提供高度的选择性。然而， 如果没有明显合适的标记，取得高灵敏度从技术上来说是很困难的。象酶 这样的标记可在化学放大的基础上，大大提高选择性。这样，为获得最终 的高灵敏度，各种标记已经与免疫传感器结合起来。用于标记的可能候选 材料包括芘(pyrene)、氨基苯二酰一肼（luminol）和荧光素(luciferin) 等荧光物质。其中氨基苯二酰一肼对于构筑一个同类免疫测试系统表现出 完美的特性。它的电激发化学荧光特性在呈中性PH值的特殊领域应用已获 深入的研究。
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(5)用于抗癌与抗病毒基因识别的DNA相干作用特征辨识 的电化学荧光传感 三羟钌菲咯啉（phenanthroline）基于电化学反 应产生电化学荧光。若存在草酸盐，荧光会显著地增 强。最近的研究表明，可将菲咯啉配体置于DNA双螺 旋体基对之间。由于受到DNA分子空间排列的阻碍， 钌络合物位于DNA的主轨道内不发射荧光。
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信号变换部分 分子辨识之后是和用电化学、光、热或者声学装置实施的
信号转换。因为生物催化作用常伴随着这些领域中的参量变化， 所以生物催化型的生物传感器可分为：电化学、光学、热学和 声学传感四类，主要取决于它们的信号转换原理。
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⑶ 用于三磷酸腺苷（ATP）识别的生物催化传感器
ATP是由ATP酶和荧火虫的莹光酶选择性辨识的。ATP酶催 化ATP的分解，生成二磷酸腺苷（ADP），当荧光和ATP出现时， 荧光酶产生冷光，因为具有与ATP极为密切的相关性，荧火虫 的荧光酶是非常合适的高敏感性ATP测量介质。
每种非特定接收器与一个信号交换装置成对配置。整个传感系统由多 段组合了具有不同特性的非特定接收器组成，对特定的分子来说，这些分 段的输出信号可能是不相同的。
传感部分的输出信号被传输到神经元网络，经学习之后，借助于接收 器的非特定识别和神经元网络的模式识别，整个传感系统就可以区分识别 特定的分子了。
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要点5: 生物催化传感器应用例证 ⑴ 用于葡萄糖识别的生物催化传感器
葡萄糖是通过葡萄糖氧化酶识别的。氧化酶催化了葡萄糖的 氧化作用，产生了糖化酯类和过氧化氢。葡萄糖氧化酶能严格地 从其它分子中分辨出β-D-葡萄糖。
对于葡萄糖的选择性测定，有几种信号传输机理：从过氧化 氢或氧分子转换为电流信号；从葡萄糖氧化酶的电子传输获取电 流信号以及通过场效应管获取电压信号
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要点4: 生物催化传感器的常见结构 分子辨识部分
酶是这类传感器最通用的分子辨识部件，通过在多点的特 定交互作用以及随之而来的特殊催化反应，酶的催化作用被精 心设计以辨识对应的基原物质。辨识对象限定于酶反应物和其 它一些物质。目前已应用的例证大概有：葡萄糖、果糖、蔗糖； 谷氨酸、亮氨酸、丙氨酸；胆固醇、神经脂类；尿素和三磷酸 腺苷 (ATP Adenosine triphosphate)等。
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要点3: 用于分子辨识的生物传感器设计原理 方式1: 实施面向特定目标的接收器蛋白质的选择
早在1970年以后就受到充分的关注。这种类型生 物传感器的最重要部分是用于分子辨识的装有生物材 料的接收器。有两组生物材料可用于接收器：以酶为 代表的生物催化物质和包括抗体与连接蛋白质在内的 生物吸附物质。