《酶传感器》PPT课件.ppt

第八章生物技术在食品品质检测中的应用,学习目的与要求本章主要讲述酶传感器、核酸指纹、PCR技术、酶联免疫吸附技术和基因芯片技术的原理和应用了解食品检测中应用到的生物技术掌握这些技术的概念和基本原理熟悉这些技术的操作流程,现代生物技术 在食品检测中的应用,酶传感器的定义酶传感器的分类酶传感器的基本结构酶传感器的工作原理酶传感器的应用酶传感器的发展前景展望,8.1酶传感器的应用,概念：传感器是一种能够检测测量信号（参量）并将其转换为一种可输出信号的装置，通常由感受器，换能器和电信号处理装置组成。酶传感器是利用生物活性材料为感受器，配以适当的换能器所构成的分析工具（分析系统）。,酶传感器以固定酶为感受器，包括以下三部分组成。,生物敏感元件：又称生物识别元件，是酶等具有分子识别能力的生物分子经固定化后形成的一种膜结构，对被测定的物质有选择性的分子识别能力。换能器：又称转换器，能将识别元件上进行的生化反应中消耗或生产的化学物质，或产生的光或热等，转换为电信号。在一定条件下，产生的电信号强度和反应中物质的变化量或光、热等的强度呈现一定的比例关系。信号处理放大装置：能将换能器产生的电信号进行处理，放大和输出。,根据感受器与基础电极结合的方式的不同，将酶传感器分为电极密接型和液流系统型。,酶传感器的工作原理,将酶电极插入待测溶液中，此时固定化酶专一地催化混合物中目的物质发生化学反应，产生某种离子或气体等电极活性物质（生化信号），再由基础电极给出混合溶液中目的物质的浓度数据。,从三个方面讲述酶传感器的工作原理,1.分子识别：是指生物敏感材料酶分子和待测样品中的待测成分进行特异性结合的性质，因此酶传感器的分子识别是指酶的分子识别。酶分子识别是酶分子只能和特定的底物分子进行结合的特性。它的识别能力主要由酶的活性中心决定的。酶分子的识别能力决定了以酶为生物敏感材料的生物传感器的分子识别能力。,2.生物反应中量的变化和信号的转换：酶传感器中酶分子完成分子识别后，接着或同时发生生化反应。生化反应中伴随一系列量的变化，如热焓，光，颜色和阻抗等的变化，运用特定的换能器检测这些量的变化，并将其转换成电信号。这是设计各种生物传感器的基础。,3.生物放大：是模拟和利用生物体内某些生化反应，通过对反应过程中某些（或某一）产量大且容易分析的物质进行检测，从而判断（推测）反应过程中其他量小或（且）不易检测的物质的量的方法。,酶传感器的制备,一般步骤：1.选择酶：选择能专一性催化目的物质发生化学反应的酶。如要测定血液中葡萄糖浓度，必须选择葡萄糖氧化酶作为感受器。2.选择基础电极：根据酶促反应产生的生化信号（离子浓度或气体浓度变化），选择生化信号有选择性响应的基础电极作换能器。如生化信号是氧气，选择氧电极作为换能器。,3.酶和固相载体结合成固定化酶：对电极密接型，用适当的方法将固定化酶固定在基础电极的头部（敏感面）。在酶传感器中，酶分子是以固定化的形式和换能器结合在一起的，因此酶分子必须首先固定化。那么，酶材料常用的固定化方法有哪几种呢？,酶材料常见的固定化方法,1.夹心法：将生物材料密封在双层滤膜，超滤膜或透析膜之间。此法操作简单，不需要任何化学处理，生物固定量大，响应时间短，重复性好。2.吸附法：这是在非水溶性的载体上，利用载体和生物材料物质之间的氢键、范德华力和离子键等吸附力使生物材料固定于载体上的方法。,常用的载体有活性炭，高岭土，玻璃，硅胶纤维素粉，胶原，离子交换树脂或琼脂糖衍生物等。本方法具有操作简单，条件温和，对生物材料的活性结构破坏较少等优点。,3.包埋法：是将生物材料固定在高分子聚合物微孔中的方法。常用的高分子聚合物包括聚丙烯酰胺，聚氯酰胺，聚乙烯醇，光敏树脂，尼龙，醋酸纤维等化学合成物和海藻酸，明胶，胶原，琼脂等天然物。例，P235,4.交联法：采用双功能试剂将生物材料结合到惰性载体上的方法。5.共价结合法：生物材料分子通过共价键和水不溶性载体结合。6.微胶囊法：这是将生物材料封闭于由膜组成的胶囊中的方法。条件温和，对生物材料的活性影响较小，但胶囊的稳定性一般较差。,酶传感器的性能,稳定性：用酶电极的使用时间和使用次数来表示。次数酶活性影响数据准确性响应特性：恢复时间：测量范围：测定中的干扰：干扰因素有抑制剂，激活剂，被测底物之外的其他底物。,酶传感器的特点,1.酶传感器检测的专一性2.酶传感器检测的高速度3.酶传感器使用的简便性4.酶传感器检测的连续性5.成本低6.灵敏性高7.体积小8.易于实现自动化9.易于推广普及,酶传感器的应用,在环境监测中的应用在食品分析中的应用在生物医学中的应用在军事上的应用,酶传感器在食品检测中的应用,酶传感器已经广泛应用到医学，环保，农业和食品等领域。在这里我们主要学习它在有害残留物的检测，生物毒素检测以及食品添加剂检测等方面的应用。,（一）农药残留的酶传感器检测,1996年余孝颖采用离子敏场效应管为基础传感器（换能器），将乙酰胆碱酯酶通过戊二醛共价交联固定于场效应管上，制备得到了乙酰胆碱酯酶场效应管传感器，用于分析敌敌畏等有机磷农药的残留。其分析有机磷农药残留的机理：,（二）食品添加剂的分析,酶传感器在食品检验中的应用相当广泛,几乎渗透到了各个方面,包括食品工业生产在线监测、食品中成分分析（包括糖类的检测,各种氮基酸和蛋白质的测定,脂类的测定,维生素的测定,有机酸的测定,），食品添加剂分析（如甜味剂、漂白剂、防腐剂），鲜度的检测、感官指标及一些特殊指标（如食品保质期）的分析。,（三）食品新鲜度的分析,1.鱼鲜度传感器根据鱼死亡后，鱼肉中ATP分解代谢后各种代谢产物之间的比例关系，即所谓的K值或K1值也能很好的判定鱼的新鲜度。目前测定K值得生物传感器主要有：（1）多电极传感器系统（2）多酶电极传感器系统,2.肉鲜度传感器Kress等人研制开发出一种测定肉鲜度的匕首式生物传感器，测定时将传感器的探头插入肉表面2-4cm深度，通过测定葡萄糖的浓度来评价肉时鲜度。3.牛乳鲜度传感器：牛乳鲜度传感器主要通过测定牛乳中的微生物数量，牛乳的乳酸增加量，或牛乳中的脂肪分解成的短脂肪酸的量等来评价牛乳的鲜度。,