第14章離子敏傳感器與生物傳感器

1、傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用 不同的離子選擇電極不同的離子選擇電極其膜的物理性質(zhì)也不同，其膜的物理性質(zhì)也不同，離子選擇電極的選擇性即離子選擇電極的選擇性即源于離子選擇性膜源于離子選擇性膜。ijijilnlnlnlnnFRTnFRTnFRTnFRTE常數(shù)iiiC式中，式中， i為離子的活度系數(shù)，一般為離子的活度系數(shù)，一般 i1，只有當(dāng)，只有當(dāng)Ci趨趨于零時(shí)，于零時(shí)， i=1。 前面公式是在電極前面公式是在電極僅對(duì)被測(cè)離子響應(yīng)的前僅對(duì)被測(cè)離子響應(yīng)的前提下得出的。然而離子提下得出的。然而離子選擇電極常常對(duì)其他離選擇電極常常對(duì)其他離子也有響應(yīng)，則輸出將子也有響應(yīng)，則輸出將受其他離子的影響。受其他離

2、子的影響。 生物傳感器的生物傳感器的結(jié)構(gòu)一般是在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)一般是在基礎(chǔ)電極上再耦合一個(gè)電極上再耦合一個(gè)生物敏感膜。生物生物敏感膜。生物傳感器的傳感器的原理原理如圖如圖所示。所示。1陰極；陰極；2聚四氟乙烯膜；聚四氟乙烯膜；3固定酶膜；固定酶膜；4非對(duì)稱的透膜非對(duì)稱的透膜多孔層；多孔層；5半透膜致密層半透膜致密層 典型的葡萄糖酶?jìng)鞲械湫偷钠咸烟敲競(jìng)鞲衅饔扇龑咏M成。內(nèi)層用來器由三層組成。內(nèi)層用來固定酶，同時(shí)是固定酶，同時(shí)是O2或或H2O2的選擇膜。中層為酶膜，的選擇膜。中層為酶膜，是酶反應(yīng)的場(chǎng)所，在此膜是酶反應(yīng)的場(chǎng)所，在此膜內(nèi)葡萄糖與內(nèi)葡萄糖與O2反應(yīng)產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)生H2O2。外層膜用來限制葡。外層膜用

3、來限制葡萄糖的傳質(zhì)過程，以使葡萄糖的傳質(zhì)過程，以使葡萄糖在膜內(nèi)擴(kuò)散過程為反萄糖在膜內(nèi)擴(kuò)散過程為反應(yīng)的控制步驟。應(yīng)的控制步驟。葡萄糖+O2+H2O葡糖酶GOD葡萄糖酸+ H2O2 當(dāng)傳感器放入葡萄糖溶液中時(shí)，由于酶的作用而當(dāng)傳感器放入葡萄糖溶液中時(shí)，由于酶的作用而耗氧，此時(shí)聚四氟乙烯膜附近的氧氣量減少，相應(yīng)電耗氧，此時(shí)聚四氟乙烯膜附近的氧氣量減少，相應(yīng)電極的還原電流減少，通過電流值的變化可確定葡萄糖極的還原電流減少，通過電流值的變化可確定葡萄糖濃度的大小。當(dāng)然也可用金屬電極通過測(cè)量濃度的大小。當(dāng)然也可用金屬電極通過測(cè)量H2O2測(cè)定測(cè)定葡萄糖濃度。上述氧電極的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是聚四氟乙烯膜葡萄糖濃度。上述

4、氧電極的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是聚四氟乙烯膜起到了隔離作用，避免了被測(cè)物質(zhì)與電極直接接觸。起到了隔離作用，避免了被測(cè)物質(zhì)與電極直接接觸。1電解質(zhì)；電解質(zhì)；2O形環(huán)；形環(huán)；3Pb陰極；陰極；4聚四氟乙聚四氟乙烯；烯；5固化微生物膜；固化微生物膜；6尼龍網(wǎng)；尼龍網(wǎng)；7Pt陽極陽極 比較基體表面形成抗原比較基體表面形成抗原- -抗體復(fù)合體前后物理性質(zhì)的變抗體復(fù)合體前后物理性質(zhì)的變化，就可知道抗原的多少。已化，就可知道抗原的多少。已發(fā)現(xiàn)的物理性質(zhì)變化有：發(fā)現(xiàn)的物理性質(zhì)變化有：膜膜電位；電位；電極電位；電極電位；壓電特壓電特性；性；光學(xué)特性等。光學(xué)特性等。 因抗體帶正電荷，所以因抗體帶正電荷，所以膜的負(fù)電荷減少，而引起膜膜的負(fù)電荷減少，而引起膜電位變化。通過測(cè)定兩個(gè)電電位變化。通過測(cè)定兩個(gè)電極間的電位差，判斷血清中極間的電位差，判斷血清中梅毒抗體的有無。梅毒抗體的有無。 例如把青霉素酶膜涂覆例如把青霉素酶膜涂覆于測(cè)量于測(cè)量H+的的ISFET，可做成，可做成青霉素青霉素FET。酶與青霉素作。酶與青霉素作用生成的用生成的H+被傳感，對(duì)青霉被傳感，對(duì)青霉素進(jìn)行定量測(cè)試，響應(yīng)時(shí)間素進(jìn)行定量測(cè)試，響應(yīng)時(shí)間約約25s，壽命可達(dá)數(shù)月。，壽命可達(dá)數(shù)月。 其基本原理是基于電其基本原理是基于電場(chǎng)效應(yīng)器件對(duì)絕緣層與電場(chǎng)效應(yīng)器件對(duì)絕緣層與電解質(zhì)溶液間界面電位變化解質(zhì)溶液間界面電位變