酶生物感測器

酶生物感測器的基本結構單元是由物質識別元件(固定化酶膜)和信號轉換器(基體電極)組成.當酶膜上發生酶促反應時，產生的電活性物質由基體電極對其回響.基體電極的作用是使化學信號轉變為電信號，從而加以檢測，基體電極可採用碳質電極(石噩電板、玻碳電極、碳棚電極)、R 電極及相應的修飾電極。

基本介紹

• 中文名：酶生物感測器
• 時間：1962年
• 提出者：Clark
• 性質：酶與電極結合來測定酶

感測器介紹

自1962年Clark等人提出把酶與電極結合來測定酶底物的構想後. 1967年Updike和Hicks研製出世界上第一支葡萄糖氧化酶電極，用於定量檢測血清中葡萄糖含量.此後，酶生物感測器引起了各領域科學家的高度重視和廣泛研究，得到了迅速發展. 酶生物感測器是將酶作為生物敏感基元，通過各種物理、化學信號轉換器捕捉目標物與敏感基元之間的反應所產生的與目標物濃度成比例關係的可測信號，實現對目標物定量測定的分析儀器.與傳統分析方法相比，酶生物感測輯是由固定化的生物敏感膜和與之密切結合的換能系統組成，它把固化酶和電化學感測器結合在一起，因而具有獨特的優點：(1)它既有不榕性酶體系的優點，又具有電化學電極的高靈敏度; (2) 由於酶的專屬反應性，使其具有高的選擇性，能夠直接在複雜試樣中進行測定.因此，酶生物感測器在生物感測器領域中占有非常重要的地位.

工作原理

當酶電極漫入被測溶液，待測底物進入酶層的內部並參與反應，大部分酶反應都會產生或消耗一種可植電極測定的物質，當反應達到穩態時，電活性物質的濃度可以通過電位或電流模式進行測定.因此，酶生物感測器可分為電位型和電流型兩類感測器.電位型感測輯是指酶電極與參比電極間輸出的電位信號，它與被測物質之間服從能斯特關係.而電流型感測器是以酶促反應所引起的物質量的變化轉變成電流信號輸出，輸出電流大小直接與底物濃度有關.電流型感測器與電位型感測器相比較具有更簡單、直觀的效果.

發展

第一代酶生物感測器

第一代酶生物感測器是以氧為中繼體的電催化。缺點是：

(1)回響信號與氧分壓或溶解氧關係較大，溶解氧的變化可能引起電極回響的波動；

(2) 由於氧的糟解度有限，當溶解氧貧乏時，難以對高含量底物進行測定；

(3) 當由酶促反應產生的過氧化氫以足夠高的濃度存在時，可能會使很多酶去活化；

(4) 需採用較正的電位，抗壞血酸和尿酸等電活性物質也會披氧化，產生干擾信號.

第二代酶生物感測器

為了改進第一代酶生物感測器的缺點，現在普遍採用的是第二代酶生物感測器，即介體型酶生物感測器。第二代生物感測器採用了含有電子媒介體的化學修飾層.此化學修飾層不僅能促進電子傳遞過程，使得回響的線性範圍拓寬，電極的工作電位降低，同時，噪聲、背景電流及干擾信號均小，且由於排除了過氧化氫，使得酶生物感測器的工作壽命延長.電子媒介體在近十年以來得到迅速發展，使用的媒介體種類也越不越多。

第三代酶生物感測器

第三代酶生物感測器是酶與電極間進行直接電子傳遞，是生物感測器構造中的理想手段.這種感測器與氧或其它電子受體無關，無需媒介體，即所謂無媒介體感測器，但由於酶分子的電活性中心深埋在分子的內部，且在電極表面吸附後易發生變形，使得酶與電極間難以進行直接電子轉移，因此採用這種方法製作生物感測器有一定難度.

到目前為止，只發現辣根過氧化物酶、葡萄糖氧化酶、醋氨酸酶、細胞色素C過氧化物酶、超氧化物歧化酶、黃嘿嶺氧化酶、微過氧化物酶等少數物質能在合適的電板上進行直接電催化.

瓶頸

酶生物感測器的研製過程有諸多難點，其一是如何高效地篩分出高活性的酶:其二為了使感測器具有令人滿意的靈敏度，關鍵是保證有足夠量高活性酶儘可能牢固地固定在半導體片上.同時，為了縮短感測器的回響時間及延長壽命，在工藝上將基膜做得儘可能的薄.其三個難點就是如何改進感測器對套用條件的適應性與穩定性.