电流型固定化酶生物传感器的研究进展

38酶电极中酶固定化方法研究进展孔维琴 陈志伟（山东理工大学 化学工程学院，中国 淄博 255049）摘要 酶电极是最常用也是最早开发的生物传感器，而固定化酶作为酶电极的关键也得到了广泛的关注。

本文介绍了酶电极及固定化酶的特点，重点讨论了制作酶电极的关键技术即酶固定化的方法，包括吸附法、包埋法、共价键合法和交联法等传统方法和静电纺丝法、纳米技术处理等一些新型的固定化方法，并进一步探讨了各种固定化方法的优缺点。

关键词 酶电极，固定化酶，研究进展作者简介：孔维琴（1986-），女，硕士研究生，应用化学。

E-mail:kongweiqin1986@通信作者：陈志伟（1972-），男，教授，主要从事生物化学及分析测试方面的研究。

E-mail:12chen@引言酶电极是指将活性物质酶固定在电极表面，探测电流型或电位型催化反应信号。

酶电极是最常用也是最早开发的生物传感器。

早在1962年Clark [1]等人将酶片和电极结合起来，产生了酶电极的雏形，并在1967年由Updike和HickS [2]用聚丙烯酰胺凝胶固定葡萄糖氧化酶（GOD）成膜和氧电极组装在一起，制成了第一种生物传感器，即葡萄糖酶电极生物传感器。

因为酶与电化学电极的匹配很容易，所以对酶电极的研究最成熟。

到目前为止，酶电极被广泛应用于食品[3]、医药、化学分析、环境监测甚至军事等领域，中国专利CN 1452717A（2003）还公开了利用酶电极测定三磷酸腺苷（ATP）浓度的方法[4]。

酶是一类具有催化功能的活性物质，和化学催化剂相比，具有反应速度快、选择性好、反应条件温和、底物专一性强、可在水溶液和中性pH下操作等优点，同时酶本身可以被微生物降解，符合绿色化学的要求。

但是游离酶也有对外界因素非常敏感容易失活、不易分离和纯化等问题。

为了克服这些缺点，酶固定化技术应运而生。

酶的固定化是用一定的材料将活性酶束缚或限制于一定的区域内，但仍能进行酶所特有的催化反应，并可回收及重复使用的一种新技术。

固定化酶的研究进展和应用前景固定化酶是指将酶固定在固体载体上，并保持其生物活性的一种技术。

它有许多优点，如可重复使用、稳定性高、易于回收等，因此成为了生物技术领域一种非常有前途的研究方向。

一、固定化酶的发展历程固定化酶的概念最早可以追溯到20世纪50年代。

第一种固定化酶的载体是硅胶，随后又发展了许多种载体，如凝胶、海藻酸盐、纳米材料、磁性颗粒等。

随着技术的进步，目前已有各种方法来制备纳米载体和比之前更优异的凝胶载体。

同时，各种固定化酶的制备方法也在不断改进，包括共价结合、吸附、交联、包埋等。

二、固定化酶的应用固定化酶的应用范围非常广泛，包括生物催化、食品工业、医药工业、制药工业等。

其中，固定化酶在食品工业中的应用最为广泛。

如生产葡萄糖、果汁、醋等。

固定化酶也可以用于制药工业中的药品合成。

此外，还可以在纳米技术、环境保护、制垃圾处理等领域中找到应用。

三、固定化酶的优势1. 重复使用：固定化酶具有可重复使用的优势，节省了时间和成本，具有广泛应用前景。

2. 稳定性：与游离酶相比，固定化酶具有较高的稳定性和耐受性，并可在极端环境中保持其生物活性。

3. 易于回收：固定化酶可以设计成可在固定化酶中回收，增加了其经济价值。

四、固定化酶仍需解决的问题尽管固定化酶在许多领域中具有潜力，但仍存在一些问题。

1. 优化载体：优化载体并不是一件容易的事情，其选择需要结合具体的酶种和应用需求，存在一定的技术难度。

2. 降低成本：目前固定化酶的生产成本仍比较高，限制了其在一些领域中的推广。

3. 稳定性问题：目前许多固定化酶在长时间的储存或使用过程中还会出现酶失活的情况，这需要更好的研究与解决。

综合而言，固定化酶的广泛应用前景与其固有的优势是显而易见的。

在未来，我们需要持续关注固定化酶领域的研究与发展，加快技术优化和成本降低，更好地服务于人类的需求。

固定化酶技术及应用的研究进展一、固定化酶的制备方法研究进展固定化酶的制备方法包括物理吸附、共价键结和交联结构等。

近年来，研究者们发展了一系列新型的固定化酶制备方法，如钙凝胶法、包埋法、凝胶微球法和溶胶凝胶法等。

这些新方法不仅提高了固定化酶的稳定性和活性，还大幅度降低了制备成本，提高了酶的重复使用性。

固定化酶在生物工程领域的应用主要集中在酶催化反应、生物催化剂制备以及生物催化剂的应用等方面。

例如，固定化酶可以用于生物反应器中进行酶催化反应，实现对废水处理、医药合成和食品工业等的高效处理。

此外，固定化酶还可以用于制备各类生物催化剂，如药物微胶囊和生物传感器，用于治疗疾病和检测生物分子。

固定化酶在食品工业中的应用主要包括生产酶制剂、降解保健食品、生产高价值添加物以及改善食品品质等方面。

固定化酶可以用于生产各类酶制剂，如发酵酶、复合酶和水解酶等，以加速酶催化反应。

此外，固定化酶还可以用于生产特殊功能食品，如降解保健食品、胶原蛋白等，以满足不同人群的需求。

固定化酶在医药学领域的应用主要包括药物制剂、生物芯片、药物代谢和生物传感器等方面。

例如，固定化酶可以用于制备缓控释药物制剂，以提高药物的疗效和降低副作用。

此外，固定化酶还可以用于制备生物芯片，用于分析疾病标志物和药物代谢产物等。

固定化酶在环境保护领域的应用主要包括废水处理、大气污染控制和土壤修复等方面。

固定化酶可以用于废水处理中，加速有害物质的降解和去除。

此外，固定化酶还可以用于大气污染控制，将有害气体转化为无害物质。

固定化酶还可以用于土壤修复，加速土壤中有毒物质的降解和去除。

综上所述，固定化酶技术在多个研究领域取得了重要的进展。

通过不断创新和改进固定化酶制备方法，研究者们加强了固定化酶的稳定性和重复使用性，提高了酶的应用效果和利用价值。

固定化酶技术的进一步发展，将为生物工程、食品工业、医药学和环境保护等领域带来更多创新和突破。

生物传感器的研究进展综述一、本文概述生物传感器作为一种集成了生物识别元件和信号转换器的设备，其在生物、医学、环境、食品安全等领域的应用日益广泛。

本文旨在综述生物传感器的研究进展，包括其基本原理、分类、应用领域以及存在的挑战和未来的发展趋势。

我们将重点关注近年来在生物传感器领域的创新技术和研究成果，以期为读者提供一个全面而深入的理解。

我们将简要介绍生物传感器的基本原理，包括其工作机制和主要构成部分。

接着，我们将根据生物识别元件的不同，对生物传感器进行分类，并详细讨论各类生物传感器的特点和应用领域。

在此基础上，我们将重点分析近年来在生物传感器研究方面的主要进展，包括新材料、新技术和新方法的开发和应用。

我们还将探讨生物传感器在实际应用中所面临的挑战，如灵敏度、特异性、稳定性和寿命等问题，并就此提出可能的解决方案。

我们将展望生物传感器未来的发展趋势，预测其在未来可能的应用领域和发展方向。

通过本文的综述，我们希望能够为研究者提供一个关于生物传感器研究进展的全面视角，为其未来的研究和开发提供有益的参考。

二、生物传感器的基本原理与技术生物传感器是一种利用生物分子识别元件与物理或化学换能器相结合，对生物物质进行高选择性、高灵敏度检测的新型分析装置。

其基本原理是将生物分子识别过程（如酶促反应、抗原抗体反应、核酸杂交等）与信号转换器（如电化学电极、光学器件、压电晶体等）相结合，通过生物识别元件与待测物之间的特异性相互作用，将生物化学反应产生的信息转化为可检测的电信号、光信号或其他形式的信号，从而实现对待测物的定性或定量分析。

生物传感器的核心技术包括生物识别元件的制备与固定化技术、信号转换与处理技术，以及传感器的微型化与集成化技术。

生物识别元件的制备是实现生物传感器特异性与灵敏度的关键，常见的生物识别元件包括酶、抗体、核酸适配体、细胞和组织等。

信号转换与处理技术是生物传感器将生物识别信号转化为可测量电信号的核心，常见的信号转换方式有电化学转换、光学转换、热学转换等。

生物传感器的研究进展与应用研究在现代科学领域中，生物传感器是一种广泛应用的技术，不仅在医疗保健领域有重要的应用，也被广泛应用于环境监测、工业生产等领域。

生物传感器的研究已经发展了几十年，历经多次革新和进步，如今已形成了包括电化学传感器、光学传感器、质谱传感器、生物发光传感器等多种类型的传感器。

本文旨在概述生物传感器的基本原理和分类，以及目前已有的主要研究进展和应用研究。

一、生物传感器的基本原理及分类生物传感器作为一种生物分析技术，主要是利用生物反应的特异性和灵敏性将生物分析过程转化为可测量的电、光、声等信号，从而实现对生物分子的快速、精确检测。

生物传感器按照其信号转换机制可以分为电化学传感器、光学传感器、质谱传感器、生物发光传感器等多种类型。

其中，电化学传感器是利用电化学反应过程的一系列物理和化学变化，对反应过程中发生物质转化的电流、电势变化等参数进行检测和记录。

这种传感器具有灵敏度高、选择性好、响应速度快等优点，广泛应用于环境污染监测、食品检测、医学诊断等领域。

光学传感器是利用光学传感器反射特性基于光学原理进行测量，其中包括表面增强拉曼光谱传感器、表面等离子体共振传感器等等。

质谱传感器基于质谱分析原理，用来检测生物分子的质量和结构。

而生物发光传感器基于生物体内活性荧光物质特性，利用荧光发射强弱进行检测和记录。

二、生物传感器的主要研究进展随着科技不断发展，生物传感器也在不断地发展中。

生物传感器的主要研究进展体现在以下几方面。

1、灵敏度提高近年来，生物传感器的灵敏度得到了不断提高。

传统的“热点”识别法、荧光共振能量转移、表面等离子体共振等技术的出现为生物传感器的灵敏度提高提供了有力的支撑。

此外，研究人员也通过改变传感器表面形貌、优化传感器的工作液、加强传感层对于目标分子的覆盖度等方法提高灵敏度。

2、多样化应用生物传感器的应用范围越来越广泛。

传统的医疗监测、环境监测等领域，已经可以应用到食品安全、生物制药、无机化学等领域。

电化学生物传感器的研究与应用现状电化学生物传感器的研究目前主要集中在三个方向：传感器构建、信号放大和检测仪器的开发。

传感器构建主要包括生物识别分子的修饰和载体材料的选择。

生物识别分子可以是抗体、酶、DNA等，通过与目标物质的特异性相互作用，实现对目标物质的检测。

载体材料选择需要考虑电化学活性、生物兼容性、稳定性等因素，常见的载体材料有玻碳电极、金属薄膜等。

信号放大主要通过引入纳米材料、纳米结构或功能材料，增强电化学传感器的灵敏度。

检测仪器的开发旨在提高传感器的检测性能和实用性，主要包括微流控技术、传感器阵列和便携式检测仪器等。

电化学生物传感器在医学诊断领域的应用已经取得了重要进展。

例如，血糖仪是最常见的电化学生物传感器之一，用于测试血液中的葡萄糖含量，对糖尿病患者的日常管理起到了重要作用。

此外，电化学生物传感器还可以用于监测血清中的肿瘤标志物、心肌酶等，辅助临床诊断，提高疾病的早期诊断率。

在食品安全方面，电化学生物传感器也发挥着重要作用。

传统的食品检测方法通常需要昂贵的仪器设备和复杂的分析程序，而电化学生物传感器则具有快速、灵敏和简单的优点。

通过检测食品样品中的有害物质，例如重金属、农药残留和毒素等，电化学生物传感器能够有效地保证食品安全，减少食品中的有害物质对人体的危害。

此外，电化学生物传感器还被广泛应用于环境监测。

例如，可以利用电化学生物传感器检测水体中的有毒金属离子、有机物污染物等，为环境污染监控提供有效手段。

另外，电化学生物传感器还可以用于检测空气中的污染物，例如二氧化硫、氮氧化物等，为空气质量监测提供帮助。

总之，电化学生物传感器是一种有着广泛应用前景的检测技术。

随着传感器构建、信号放大和检测仪器的不断改进和创新，电化学生物传感器将在医学诊断、食品安全、环境监测等领域发挥更加重要的作用。

我国电化学生物传感器的研究进展刘艳【摘要】介绍电化学生物传感器的基本原理及分类;阐述电化学生物传感器的发展历程;综述近三年来电化学生物传感器中研究最为广泛的电流型生物传感器的应用.【期刊名称】《重庆科技学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(012)006【总页数】3页(P153-155)【关键词】电化学;生物传感器;非特异性吸附;蛋白质吸附【作者】刘艳【作者单位】长江师范学院,重庆,408100【正文语种】中文【中图分类】O652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。

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。

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２１ 年 ０１
第 ２ 期 ７
生物传感器信号技术现状发展及其研究
李 燕 陈建 军 ２ （． １ 新疆兵团广播电视大学计算机教研室 新疆 乌鲁木齐 ８ ０ ０ ： ３ ０ １ ２新疆 医科 大学 医学 工程 技术 学 院 新 疆 乌鲁木 齐 ８ ０ １ ） ． ３ ０ １
力。
【 关键词】 生命科学； 信息科 学； 生物传 感器；固定化技术
例如： 可以利用 电化学 电极 、 场效应晶体管 、 敏电阻 、 热 光电器件 、 声学 装置等作为生物传感器中的信 号转 换器 。据此又将传感 器分为电化 从 ２ ０世纪 ６ ０年代 Ｃ ｒ ｌ ｋ和 Ｌ ｏ 出生物 传感 器 的设 想开始 ， ａ ｙｎ提 学生物传感器 、 半导体 生物传感器 、 测热 型生物传感器 、 型生物传 测光 生物传感 器的发展已经距今已有 ４ ０多年的历史 了。随着社会 的进一 感器 、 测声型生物传感 器等。电子工程 学工作 者习惯于采用 这种分类 步信息 化． 作为－ １在生命科 学和信 息科学之 间发展 起来 的交叉 学 －＇ ７ 方法。 科， 生物传感器在发酵工艺 、 环境监测、 食品工程 、 临床医学 、 军事及 军 事医学 等方面得 到了深度重视 和广泛应用 。 ３ 国 内产 业现 状 当前我 国自主研 发的生物传感器产 品及 跨 国企业集 团在中 国推 出的产品共存并相互竞争 一些 掌握生物传感器技术的跨 国大企业集 生 物 传 感 器 定 义 为 “ 用 固 定 化 的 生 物 分 子 ｆ ｍ ｂ ｉｄ 使 ｉ ｏｉｚ ｍ ｌｅ 团， 看好被称 为／ 界工 厂 ０的中国市场， 世 采取技术输 出的途径， 吸收 ｂ ｍｌｕ ｓ ｉ ｏ ｃｌ １ ｏ ｅ ｅ 结合换能器 ． 来侦测 生体 内或生体外 的环境化 学物质 用 我国的技术 力量和销售路径 ． 在我 国市场进行生物传感器 的开发 、 产 或与之起特异性交互作用后产生响应 的一种装置 ” 生物传感器 由两 品制造 和销售 。 一部份海 外留学 归国的生物传感器专 门人才也将 自己 个 主要 关键部份所构 成 ． 一为来 自于生物体分子 、 组织部份 或个体细 的成果在 中国转化并设厂办企业 家用保健类生物传感器技术 已率先 胞 的分子辨认组件 ． 此一组件为生物传感器信号 接收或产生部份 另 较好地实现 了产业化突破． 取得 了显著经济效益 固定化酶生物传感 为属于硬件仪器组件部份 ， 主要为物理信 号转换组件 。 因此 ， 如何 已 器作 为一类 多品种 的精 密科学仪 器。 支撑 了一 部份生 物技术过程 检 生化 方法 分离 、纯 化甚 或设计 合 成特 定 的生物 活 性分 ￣ （ ｏ ｇ ａ ＂ ｉ ｏｉ ｌ ｂｌ ｃ 测． 对传统生物产业技术改造具有重要意义 我国生物传感器产业 表 ａｔｅ ａ ｒｌ ． ｃｖ ｔ ａ ） ｉ ｍ ｅ ｓ 结合精 确而且 响应 快速 的物理换 能器（ａｓｕｅ ） ｉ ｔ ｎｄｃｒ组 现 的空前繁荣景象代表了当前世界生物传感器产业的主要潮流 ｒ ｓ 合成生物传感器反应系统 ． 实为研究生物传感器 的主要 目的。所 以生 物传感器结构包括： 一种或数种相关生物活性材料及 能把生 物活性表 ４ 生物传感器在 当前 的主要应用领域 达信号转换为 电信号 的物理 或化学换能器 ． 者组合在一起 ， 现代 二 用 ４１ 发 酵 工 业 ． 微电子和 自动化仪表技术进 行生物信 号的再加工 。 构成各种 可以使用 因为发酵过程中常存在对 酶的干扰物质。 且发酵液往 往不是 清 并 的生物传感器 分析装 置 、 和系统 ｌ 仪器 ｌ １ 。 澈透明的， 不适用 于光谱等方法测定 而应用微 生物传感器则极有可 能消除干扰． 并且不受发酵液混浊程度的限制 同时， 由于发酵工业 是 ２ 生物传 感器 的历史发展 大规模的生产． 微生物传感器其成本低设备简单 的特 点使其具有极大 １６ ９２年 ｃ ｒ ｌ ｋ等提 出 了把酶 与电极 结合 来测 定酶 底物 的设 想 ， ａ 的优势。所以具有成本低 、 设备简单 、 不受发酵液混浊程度 的限制 、 能 １６ Ｕ ｄ ｅ Ｈｃｓ ９７年 ｐｉ 和 ｉ 将葡萄糖 氧化 酶包含在聚丙烯酰胺胶体 中加 ｋ ｋ 消除发酵过 程 中干扰物质 的干扰的微生物传感 器发 酵工业 中得到 了 以固化． 再将 此胶 体膜 固定在隔膜氧 电极的尖端上 ， 制出世界上第 研 广泛的应用 目前 已有相关报道在发 酵工业生产 中将生物传 感器应用 支葡 萄糖氧化酶 电极． 用于定量检测 血清 中葡萄糖 含量。 标志着生 于原材料 及代谢 产物 的测定， 生物细胞总数 的测定 以及代谢试验 的 微 物传感器 的诞生 随后改用其它 的酶或微生物等 固化膜 ， 便可 制得检 鉴定中。 测其对应物 的其它传感器 固定感受膜的方法有直接化学 结合 法； 高 ４２ 食 品工业 ＿ 分子载体法； 高分子膜结合法。现已发展 了第二代生物传感器 （ 微生 生物传感器可 以用来检测食品 中营养成分和有害成分 的含量 、 食 物 、免疫 、酶免疫和细胞器传感器 ） 研制 和开发第三代生物传感器， ， 品的新 鲜程度等 如已经开发出来 的酶 电极型生物传感器可用来分析 将生物技术和 电子技术结合起来的场效应生物传感器。 生物传感器是 白酒 、 苹果汁 、 果酱和蜂蜜 中的葡萄糖含量 ， 从而衡量水果 的成 熟度。 用生物活性材料（ 、 白质 、 Ｎ 抗体 、 、 酶 蛋 Ｄ Ａ、 抗原 生物膜等） 与物理化学 采用亚硫酸盐 氧化 酶为敏感材料 制成的 电流型二氧化硫酶 电极可用 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 于测定食 品中的亚硫酸含量 此外 也有用生物传感器测定色素和乳 进的检测方法与监控方法， 也是物质分子水平 的快速 、 量分析方法 。 微 化剂 的应用 在 ２ 世纪知识经济发展 中． １ 生物传感器技术必将是介 于信 息和生物 ４３ 医学领域 ． 技术之 间 的新 增长点 ， 医学 临床 诊断 、 业控制 、 品和药 物分 在 工 食 生物传感器在医学领域也发挥着越来越 大的作用： Ｉ 床上用免疫 析ｆ 包括生物药物研究开发）环境保护以及生物技术 、 ， 生物芯片等研究 传感器等生物传感器来检测体 液中的各种化学成分 为医生的诊断提 中有着广泛的应用前景 供依据 ： 在军事 医学 中． 对生物毒 素的及 时快速检测是 防御 生物武器 ２ 根据生物传感器 中信号检测器 上的敏感 物质分 ． １ 的有效措施 生物传感器 已应用于监测多种细菌 、 病毒及其毒素 。 生物 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 传感器还可 以用来测量 乙酸 、 酸 、 乳 乳糖 、 酸 、 尿 尿素 、 抗生素 、 谷氨酸 侧 器中含有敏 感的生命 物质 。这些敏感 物质有酶 、 生物 、 微 动植 物组 等各种氨基酸， 以及各种致癌和致变物质 。 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 ４ 环境监测 ． ４ 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 环保 问题 已经引起了全球性 的广泛关注， 在发达国家如英 国、 法 物学工作者 习惯 于采用这种分类方法 国、 国、 德 西班牙和瑞典 ， 在农药残留检 测 、 酸雨监测 、 富营养化监 水体 ２ 根据生物传感器 的信号转换器分类 ． ２ 测等过程都采用 了生物冷光型 的生物传感器 用于环境监测的专业仪 生物传感器 中的信号转换器 与传统 的转 换器并没有本质 的区别 器市场越来越 大， 前 已经有相当数量 的生物传感器 （ 目 下转第 ３８页） ９

生物传感器的研究进展与应用前景随着生物学、电子学和材料学等交叉学科的不断发展，生物传感器已成为目前最具潜力的实验室和临床应用之一，其在医疗诊断、环境监测、食品安全等方面具有广泛的应用前景。

生物传感器是一种基于生物学分子与传感器之间的相互作用，可以转化生物分子信号为电化学、光学、质谱等信号的生物检测技术。

它可以测量生物分子、细胞、组织的生理、生化特性，能够在单细胞水平下探究分子交互的机理，从而在医学上提供了高敏感、高特异、高效率的定量检测方法。

在生物传感器中，探针是最重要的部分之一。

探针一般由识别分子和转换器件两部分组成。

识别分子一般是生物大分子如抗体、核酸、酶等等，具有较高的特异性和灵敏性。

转换器件则可以将生物分子识别转化为可测量的物理信号，如荧光、电流、电压、质谱信号等。

探针的设计与合成直接关系到生物传感器的检测灵敏度、特异性和应用范围等。

除了探针之外，材料的质量和性能也影响了生物传感器的性能。

比如传感器的灵敏度和特异性可以得到提高，唯有探针材料和转换器件材料的优化才能得到进一步的提高。

同时，生物相容性、稳定性和可重复性也是常常需要考虑的重要因素。

生物传感器可以用于临床和环境监测等领域。

在临床方面，生物传感器广泛应用于癌症、心血管疾病、神经系统疾病、感染病毒等疾病的早期诊断、药物筛选和有效监测。

其中，压电传感器、电化学传感器、荧光探针等技术在临床中得到了广泛应用。

在环境监测方面，生物传感器主要关注污染物质的检测，如水中重金属、生物毒素等，可以有效地监测环境水体和土壤的污染程度，为环境保护提供技术支持。

同时，食品安全是另一项非常重要的领域，生物传感器在这方面也有着广泛的应用前景。

食品中的添加剂、农药残留、微生物污染等都是日常的监测重点，使用基于核酸、抗体结合等技术构建的传感器可以对食品中的农药、残留物、病原体等微量有毒有害物质进行精确测量，有效保障食品安全。

总之，生物传感器的应用前景广阔，其技术不断完善，制约其性能的材料技术、工艺技术等都在持续优化。

固定化酶及其应用研究进展摘要：随着社会的发展，越来越多酶被人们广泛的应用在工业生产、生物传感器和环境保护等领域。

作为一种良好的生物催化剂，酶可以在常温、常压等温和的反应条件下高效地催化反应,一些难以进行的化学反应在酶的催化下能顺利地完成。

关键词：酶固定化酶应用进展酶是由生物体内自身合成的生物催化剂。

多数酶的化学组成为蛋白质。

现已鉴定出3000种以上的酶，其中数百种已得到结晶。

酶具有催化效率高和高度专一性的特点，但易受强酸、强碱、高温等条件影响，使蛋白质变性而失去催化活性。

某些酶仅决定于它的蛋白质结构，如脲酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等。

另一些酶为酶蛋白与辅助因子结合形成的复合酶，称为全酶，在催化反应中，酶蛋白决定酶反应的专一性，而辅助因子则直接对电子、质子或某些基团起传递作用。

固定化酶是把酶人工偶联到不溶于水的载体上，并长时间保持催化活性，使过程连续化、简单化。

酶的固定化就是通过化学或物理的处理方法,使原来水溶性的酶与固态的水不溶性支持物相结合或被载体包埋。

固定化方法有物理吸附法、交联、共价结合及包埋等方法。

目前较先进的方法是将酶固定在生物膜或超滤膜上,制造出来的生物膜反应器的生产能力有明显提高。

经过固定化,酶具有了比原来水溶性酶更多的优点:1)酶经过固定化处理一般稳定性有较大提高,对热、pH等的稳定性提高,对抑制剂的敏感性降低,有的酶具有了抗蛋白酶分解的特性;2)反应完成后经过简单的过滤或离心,酶就可以回收,而且酶活力降低较少,这样就降低了生产成本;3)固定化体系适合于连续化、自动化生产,催化过程容易控制,且产品中不会带进酶蛋白或细胞,改善了后处理过程,提高了酶的利用效率,降低了生产成本。

酶在生理学、生物化学、医学、农业、工业等方面具有重大意义。

酶作为生物催化剂,尤其是固定化酶作为多相生物催化剂,能够在非常温和的条件下实现合成、降解及转换化学物质的特异性反应,效率高,能源消耗少.这无疑向我们展示出一幅广阔的应用前景. 现代意义下的酶,已不单单是一些微生物的重要产物,它已成为现代生物产业中一个不可缺少的组成部分。

电化学生物传感器原理、发展趋势及应用一、电化学生物传感器的检测原理电化学生物传感器（electrochemical biosensor）是指由生物材料作为敏感元件，电极（固体电极、离子选择性电极、气敏电极等）作为转换元件，以电势或电流的变化为特征检测信号的传感器，简称生物电极。

这类传感器发展最早，研究内容十分丰富，并已经得到广泛应用。

电流型传感器主要基于探测生物识别膜或化学反应中的电活性物质，通过固定工作电极的电位提供电活性的电子转移反应驱动力，探测电流随时间的变化。

该电流直接反映了生物分子识别和电子转移反应的速度，即该电流与待测物质的浓度成正比。

电位型传感器将生物识别反应转换为电位信号，该信号与生物识别反应过程中产生或消耗的活性物质浓度对数成正比，从而与待测物质浓度的对数成正比。

电位型离子选择电极的选择性渗透离子导电膜可设计成与待测离子相关的产生电位信号的敏感膜，测试在电流为零的条件下进行。

根据作为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。

电化学生物传感器具有以下特点：1.适合于对生物体液中的物质活度测定的需要，响应直观，通过计算机联用，可直接读出待测生物物质的浓度或活度。

2.由于其具有分子识别的功能和高选择性，在许多测定中，样品无需复杂处理，操作简便，易于自动化监测，可连续监测患者的血液物质浓度。

3.测定速度快电讯号的输出和测定响应快速，通过与计算机的接口还可进行多成分同时测定。

4.试样用量少可以将敏感探头微型化，只需微升级样品即可完成分析。

如有的K+、Ca2+、Cl-、Na+及CO2分析仪仅需50μl样品，每小时可测100个样品，这为临床检验缩短检测周期提供了条件。

5.可对体内物质直接和动态测量。

将微小探头埋在体内或留置于血管中，可以指示体内物质的变化，有利于床旁或现场检测。

6.灵敏度高例如AFP免疫电极可测定10-8～10-10 g/ml的浓度。

传感器与微系统(T ransducer and M icrosystem T echnolog i es)2006年第25卷第9期生物传感器的研究进展综述陈玲(河北经贸大学信息技术学院,河北石家庄050061)摘要:生物传感器是以固定化的生物成分(如,酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原)或生物体本身(如,细胞、微生物、组织等)为敏感材料,与适当的化学换能器相结合,用于快速检测物理、化学、生物量的新型器件。

最初,以酶电极的生物传感器开始,逐渐扩展到多种技术,如,离子敏场效应管、光纤、声表面波、石英晶体谐振器及表面等离子体谐振技术将生物传感器的发展推向一个新的阶段。

生物传感器在环境监测、医学研究、食品工业、发酵工业等领域已得到广泛应用。

关键词:生物传感器;敏感材料;换能器中图分类号:TP212.3文献标识码:A文章编号:1000-9787(2006)09-0004-04Survey of bi ose nsors researc h progressC HEN L i n g(College of Infor mat i on T echnologies,H eb ei Un iversity of Econo m ics&Business,Sh iji azhuang050061,Ch i na)Abstract:B i osensor is a nove l dev i ce,w hich use i m m obilized b i omo lecu l es(enzym e,pro te i n,DNA,anti body,anti g en)and organ is m s(ce lls,m icro-organ i s m,tissue)as sensitive m a teria,l t oge t her w it h che m ica l transducer,i tcan be used to detect var i ables of physics,che m i stry and b i ophysics.M any ne w techno log i es a re he l p f u l t ob i osenso r deve lop,such as field effect trans i stor(FET),fibe r optics tuber(FO S),surface aud i o w ave(S AW),qua rtz crystal resonator(QCR),surface plas mon resonce(SPR).B i o senso rs are broad l y used i n zymos i s i ndustry,env i ron m ent m on itor,food mon it o r and c li nic m edic i ne.K ey word s:b i osensor;sens i ng m ater i a;l transducer0引言[1]生物传感器是多学科综合交叉的一门技术,在科学研究、工业生产乃至人们的生活中起着很重要的作用。

电化学生物传感器的研究与应用现状一、绪论电化学传感技术是一种基于电化学现象的分析方法，通过检测电化学反应的电流、电压或电容等参数，实现对目标物质的快速、灵敏、选择性检测和定量分析。

生物传感器是基于一定的生物识别元件，将生物反应与电化学传感技术相结合而构成的一种新型的化学传感器。

电化学生物传感器利用生物识别分子对生物样品中的多种成分进行特异的识别和分析，同时实现了检测过程中对样品的非破坏性、实时在线监测，已经成为目前研究的热点之一。

二、电化学生物传感器的分类电化学生物传感器按照生物识别元件的类型，可以分为酶传感器、抗体传感器和核酸传感器等。

其中，酶传感器是使用酶作为生物识别元件的电化学生物传感器，可以测定一大类生物分子，如葡萄糖、乳酸、胆碱等，具有高灵敏度、高特异性和实时监测的特点，已经应用于食品安全、环境监测、医学诊断等领域；抗体传感器是使用特异性抗体作为生物识别元件的电化学生物传感器，具有高选择性和快速响应的特点，主要用于监测大分子生物分子，如蛋白质、病原体等；核酸传感器是使用具有特殊结构的DNA或RNA分子作为生物识别元件的电化学生物传感器，具有高特异性、高选择性、高灵敏度和易于制备的特点，可用于检测基因突变等。

三、电化学生物传感器的工作原理电化学生物传感器基于生物识别分子识别目标分子的特异性和反应活性，将生物反应产生的电化学信号转化为目标分子浓度的定量关系，其工作流程主要分为三个方面：第一步是生物识别分子与目标分子的特异性识别反应，该反应通常在电极表面发生，并伴随着一系列复杂的电化学反应，如电荷转移、质子转移、氧化还原等等；第二步是生物反应所产生的电化学信号转化成检测信号，这个过程需要借助电化学传感技术，如传统的循环伏安法、方波伏安法、交流阻抗法等方法；第三步是将检测到的电化学信号转化成目标分子的浓度，这个过程需要借助标准曲线等方法，通过分析信号强度与目标分子浓度之间的函数关系，实现对目标分子浓度的定量分析。

的灵敏性、稳定性和重复性等[16]。比如Grace等[17]在丝网印
刷碳工作电极表面通过电化学沉积Au NPs，Au NPs可以共价
固定AChE，实现了OPs的灵敏检测，检出限为0.6ppb。将纳
米材料和酶生物传感器结合起来检测有机磷农药是近年来发
展非常迅速的一个研究领域。
由于基于纳米材料的酶生物传感器具有发展潜力性，它
而成为一种强有力的检测方法。本文概述了近几年来用于构建酶生物传感器检测有机磷农药的纳米材料的应用情况，分析总结几种纳米材
料的优缺点，同时也指出了目前存在的挑战与机遇。
关键词：有机磷农药；酶生物传感器；纳米材料
中图分类号：R
文献标识码：A
Progress in the Application of Nanomaterials to the Detection of Organophosphorus
生物传感器由生物物质和换能器两部分组成，是通过 酶、抗体、核酸、细胞等生物分子感受到被测目标物的信 息，通过换能器将该信息转化为可以识别的电信号或者其他 可接受信号的一种装置[9,10]。酶生物传感器就是应用固定化 酶作为酶元件，通过各种信号转换器将目标物与敏感元件间 建立一种联系，从而实现目标物的分析检测[11]。OPs具有很
等[14]在铜丝碳糊电极表面直接固载AChE，实现了对氧磷的
检测，检出限为0.1nmol/L。然而直接固定酶往往存在很多
缺陷，检测过程中会出现酶的固定能力弱、酶容易失活等
问题。
纳米粒子(Nanoparticles,NPs)是指三维空间中尺寸至
少有一维处于0.1～100nm的材料，比如大多数金属和金属
高的毒性，能不可逆转的抑制胆碱酯酶的活性，利用这一原

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Intermediary Technology Institutes计划投资1亿2千万英镑发展“生物传感器平台（Biosensor Platform）”——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。

固定化酶研究进展固定化酶是将自由酶固定在一种载体上，以提高酶的活性、稳定性和可重复使用性的一种技术。

近年来，固定化酶研究取得了很大的进展，下面将介绍固定化酶研究的三个重要方面：载体选择、固定化方法和应用研究。

一、载体选择固定化酶的载体选择是固定化酶研究的重要方面之一、常见的载体包括无机载体、有机载体和生物载体。

无机载体一般具有良好的力学性能和稳定性，如硅胶、氧化铝等。

有机载体一般由生物高分子材料制成，如聚合物、淀粉等。

生物载体是指利用活细胞或细胞壁来固定酶，如酵母细胞、细菌等。

近年来，有机载体和生物载体在固定化酶研究中受到了广泛关注。

有机载体具有良好的机械性能、化学特性和生物相容性，可以提高酶的稳定性和活性。

生物载体可以提供更多的酶固定位点，提高酶的载体负载量和活性稳定性。

二、固定化方法固定化酶的固定化方法是固定化酶研究的另一个重要方面。

常见的固定化方法包括物理吸附法、交联法、包埋法和共价结合法等。

物理吸附法是将酶和载体通过吸附力相互结合，常用的吸附剂包括硅胶、氧化铝和活性炭等。

这种方法简单易行，但固定化的酶活性较低。

交联法是通过交联剂将酶和载体固定在一起，常见的交联剂包括聚乙二醇、聚乳酸等。

这种方法可以提高固定化酶的稳定性和活性。

包埋法是将酶固定在凝胶中，通常使用明胶、凝胶等作为包埋材料。

这种方法可以提高酶的稳定性和可重复使用性。

共价结合法是将酶和载体通过共价键相连，常见的方法包括胺基化、羧化和酯化等。

这种方法可以提高酶的载体负载量和稳定性。

三、应用研究固定化酶的应用研究是固定化酶研究的重要方面之一、固定化酶广泛应用于生物催化、制药工业、食品工业和环境保护等领域。

例如，固定化酶可用于催化反应、代谢物检测和制药工艺中。

近年来，随着生物技术的发展，固定化酶的应用研究取得了很大的突破。

例如，固定化酶可应用于生物燃料电池、生物传感器和医学诊断等新兴领域。

总之，固定化酶研究近年来取得了很大的进展，载体选择、固定化方法和应用研究是固定化酶研究的三个重要方面。

生物电化学传感技术的研究进展生物电化学传感技术是利用生物体内产生的生物电流量和化学反应，将物质的浓度和属性转化为电信号来进行检测测量的一种技术手段。

这种技术以其无标记、灵敏、快速、实时等优点，广泛应用于医学、环保、食品安全等领域。

本文将从生物电化学传感器的分类、作用机理、材料选择、应用领域等方面，对其研究进展进行概述。

一、生物电化学传感器分类根据生物电化学传感器测量物质种类的不同，可以将其分为生物氧化还原传感器、酶传感器、抗体传感器、基因传感器等几种类型。

其中，生物氧化还原传感器与电极电位有关，可用于检测溶液中的氧气、硫酸盐、硝酸盐等。

而酶传感器则广泛应用于人体内代谢产物的检测测量，如血糖、胆固醇等。

抗体传感器则能够检测到更小分子，如荷尔蒙、细胞因子等。

基因传感器则利用DNA或RNA分子与特定药物或生物分子的结合反应，检测病原体、基因变异等。

二、生物电化学传感器作用机理生物电化学传感器的作用机理主要是利用生物分子之间的化学反应，将其转化为电信号。

首先，传感器通过特定的生物信号识别元件引入测量物质到传感器内部，在传感器内部会发生一系列的反应，如酶促反应、抗体结合等。

这些化学反应都是利用化学能转化为电能来完成的。

化学反应的过程中，电荷传输和质子转移将转换为不同的电流、电势信号，这些信号可以通过传感器上的电极等设备，经过信号放大处理后，转化为数字信号进行分析。

三、生物电化学传感器材料选择生物电化学传感器作为一种检测技术，其材料的选择是非常关键的。

常见的材料有三种，分别是电极材料、电解质、传感层材料。

电极材料可以分为金属和非金属两类，金属主要有银、铂、金、铜等，非金属有碳、石墨等。

电解质是可以导电的物质，一般需要具有高导电性、化学稳定性和低背景电流等特点。

传感层材料则是通过化学方法或修饰技术将生物分子固定在电极表面，是起到识别分子的重点材料。

目前探索的传感层材料有多种，如聚合物、纳米材料、石墨烯等，每种材料都有其独特的特性和优势，可以根据不同的检测需求进行选择。