第十章生化過程參數(shù)檢測(cè)

1、LOGO第十章第十章 生化過程參數(shù)檢測(cè)生化過程參數(shù)檢測(cè)生物反應(yīng)器的檢測(cè)及控制 生化過程主要參數(shù)生化過程主要參數(shù) 常用檢測(cè)方法及儀器常用檢測(cè)方法及儀器 主要參數(shù)檢測(cè)原理及儀器主要參數(shù)檢測(cè)原理及儀器 發(fā)酵液中營(yíng)養(yǎng)成分與產(chǎn)物的分析發(fā)酵液中營(yíng)養(yǎng)成分與產(chǎn)物的分析 生物傳感器的研究開發(fā)與應(yīng)用生物傳感器的研究開發(fā)與應(yīng)用 生物傳感器的類型及結(jié)構(gòu)原理生物傳感器的類型及結(jié)構(gòu)原理生物反應(yīng)過程及反應(yīng)器的檢測(cè)控制中應(yīng)考慮的問題：生物反應(yīng)過程及反應(yīng)器的檢測(cè)控制中應(yīng)考慮的問題：（1）進(jìn)行檢測(cè)的目的；）進(jìn)行檢測(cè)的目的；（2）有多少必須檢測(cè)的狀態(tài)參數(shù)，參變量能否檢測(cè)；）有多少必須檢測(cè)的狀態(tài)參數(shù)，參變量能否檢測(cè)；（3）參數(shù)能否在

2、線檢測(cè)，其響應(yīng)滯后是否太長(zhǎng)；）參數(shù)能否在線檢測(cè)，其響應(yīng)滯后是否太長(zhǎng)；（4）利用檢測(cè)結(jié)果怎樣判斷生物反應(yīng)器及生物細(xì)胞本身的狀態(tài)；）利用檢測(cè)結(jié)果怎樣判斷生物反應(yīng)器及生物細(xì)胞本身的狀態(tài)；（5）需控制的主要參變量是哪些。）需控制的主要參變量是哪些。生物反應(yīng)器的檢測(cè)及控制生化過程參數(shù)的分類生化過程參數(shù)的分類 反映生化過程變化的參數(shù)分為兩大類：一類是反映生化過程變化的參數(shù)分為兩大類：一類是可以直接采用特定的傳感器檢測(cè)的參數(shù)稱為可以直接采用特定的傳感器檢測(cè)的參數(shù)稱為直接參直接參數(shù)數(shù)，包括各種反映物理環(huán)境和化學(xué)環(huán)境變化的參數(shù)：，包括各種反映物理環(huán)境和化學(xué)環(huán)境變化的參數(shù)：如溫度、壓力、流量、攪拌功率、轉(zhuǎn)速、泡沫

3、、黏如溫度、壓力、流量、攪拌功率、轉(zhuǎn)速、泡沫、黏度、濁度、度、濁度、pH、離子強(qiáng)度、溶解氧和基質(zhì)濃度等。、離子強(qiáng)度、溶解氧和基質(zhì)濃度等。另一類是另一類是綜合參數(shù)綜合參數(shù)，包括細(xì)胞生長(zhǎng)速率、產(chǎn)物合成，包括細(xì)胞生長(zhǎng)速率、產(chǎn)物合成速率、呼吸商等。速率、呼吸商等。參數(shù)名稱參數(shù)名稱測(cè)試方法測(cè)試方法意義、主要作用意義、主要作用溫度溫度傳感器傳感器維持生長(zhǎng)、合成維持生長(zhǎng)、合成罐壓罐壓壓力表壓力表維持正壓、增加維持正壓、增加DO空氣流量空氣流量傳感器傳感器供氧、排泄廢氣、提高供氧、排泄廢氣、提高KLa攪拌速率攪拌速率傳感器傳感器物料混合、提高物料混合、提高KLa粘度粘度粘度計(jì)粘度計(jì)反映細(xì)胞生長(zhǎng)、反映細(xì)胞生長(zhǎng)、

4、 KLa液面液面?zhèn)鞲衅鱾鞲衅鞣从巢僮鞣€(wěn)定性、生產(chǎn)率反映操作穩(wěn)定性、生產(chǎn)率濁度濁度傳感器傳感器反映細(xì)胞生長(zhǎng)情況反映細(xì)胞生長(zhǎng)情況泡沫泡沫傳感器傳感器反映發(fā)酵代謝、操作穩(wěn)定性反映發(fā)酵代謝、操作穩(wěn)定性傳質(zhì)系數(shù)傳質(zhì)系數(shù)間接計(jì)算，在線檢測(cè)間接計(jì)算，在線檢測(cè)反映供氧效率反映供氧效率加糖速率加糖速率傳感器傳感器反映耗氧情況反映耗氧情況加消泡劑速率加消泡劑速率傳感器傳感器反映泡沫情況反映泡沫情況加其它基質(zhì)速率加其它基質(zhì)速率傳感器傳感器反映基質(zhì)利用情況反映基質(zhì)利用情況生化過程各參數(shù)及其測(cè)試概況生化過程各參數(shù)及其測(cè)試概況（a）物理、工程參數(shù)）物理、工程參數(shù)參數(shù)名稱參數(shù)名稱測(cè)試方法測(cè)試方法意義、主要作用意義、主要作用

5、細(xì)胞濃度細(xì)胞濃度取樣取樣了解生長(zhǎng)情況了解生長(zhǎng)情況細(xì)胞中細(xì)胞中ATP、ADP取樣取樣了解細(xì)胞的能量代謝活力了解細(xì)胞的能量代謝活力細(xì)胞中細(xì)胞中NADH2在線熒光法在線熒光法了解細(xì)胞的合成能力了解細(xì)胞的合成能力溶解氧濃度溶解氧濃度傳感器傳感器反映供氧情況反映供氧情況排氣排氣O2濃度濃度傳感器傳感器了解耗氧情況了解耗氧情況溶解溶解CO2濃度濃度傳感器傳感器了解了解CO2對(duì)發(fā)酵的影響對(duì)發(fā)酵的影響排氣排氣CO2濃度濃度傳感器（紅外吸收）傳感器（紅外吸收）了解細(xì)胞的呼吸情況了解細(xì)胞的呼吸情況酸堿度酸堿度傳感器傳感器反映細(xì)胞的代謝途徑反映細(xì)胞的代謝途徑產(chǎn)物濃度產(chǎn)物濃度取樣（傳感器）取樣（傳感器）產(chǎn)物合成情況產(chǎn)

6、物合成情況基質(zhì)濃度基質(zhì)濃度取樣取樣了解基質(zhì)的利用情況了解基質(zhì)的利用情況生化過程各參數(shù)及其測(cè)試概況生化過程各參數(shù)及其測(cè)試概況（b）生物、化學(xué)參數(shù)）生物、化學(xué)參數(shù)生化工程用傳感器應(yīng)具有的要求：生化工程用傳感器應(yīng)具有的要求：（1）傳感器能經(jīng)受高壓蒸汽滅菌；）傳感器能經(jīng)受高壓蒸汽滅菌；（2）傳感器及其二次儀表具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性；）傳感器及其二次儀表具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性；（3）最好能在過程中隨時(shí)校正；）最好能在過程中隨時(shí)校正；（4）探頭材料不易老化，使用壽命長(zhǎng)；）探頭材料不易老化，使用壽命長(zhǎng)；（5）探頭安裝使用和維修方便；）探頭安裝使用和維修方便；（6）解決探頭敏感部位被物料（反應(yīng)液）粘住、堵塞問題；）解決探頭敏

7、感部位被物料（反應(yīng)液）粘住、堵塞問題；（7）價(jià)格合理，便于推廣使用。）價(jià)格合理，便于推廣使用。生化過程常用檢測(cè)方法及儀器生化過程常用檢測(cè)方法及儀器v 物理環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)物理環(huán)境參數(shù)的檢測(cè) 取樣系統(tǒng)取樣系統(tǒng)生化過程常用檢測(cè)方法及儀器生化過程常用檢測(cè)方法及儀器 溫度的測(cè)定溫度的測(cè)定 嚴(yán)格保持菌種的生長(zhǎng)繁殖和生物合成所需的最適溫度，對(duì)穩(wěn)嚴(yán)格保持菌種的生長(zhǎng)繁殖和生物合成所需的最適溫度，對(duì)穩(wěn)定發(fā)酵過程，縮短周期，提高產(chǎn)量，具有重要意義。定發(fā)酵過程，縮短周期，提高產(chǎn)量，具有重要意義。 檢測(cè)儀表有：水銀溫度計(jì)、熱電阻檢測(cè)器（檢測(cè)儀表有：水銀溫度計(jì)、熱電阻檢測(cè)器（resistance thermal dete

8、ctor，RTD）、半導(dǎo)體熱敏電阻、熱電偶、金屬電阻。）、半導(dǎo)體熱敏電阻、熱電偶、金屬電阻。 普遍使用的熱電阻有鉑電阻和銅電阻。鉑電阻精度高、普遍使用的熱電阻有鉑電阻和銅電阻。鉑電阻精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠；銅電阻超過穩(wěn)定性好、性能可靠；銅電阻超過100時(shí)易被氧化。時(shí)易被氧化。 為了使生物反應(yīng)在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行，必須采取措為了使生物反應(yīng)在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行，必須采取措施施在夾套或蛇管內(nèi)通入冷卻水加以控制。在夾套或蛇管內(nèi)通入冷卻水加以控制。生化過程常用檢測(cè)方法及儀器生化過程常用檢測(cè)方法及儀器發(fā)酵熱的測(cè)定與計(jì)算發(fā)酵熱的測(cè)定與計(jì)算v (1) (1) 通過測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)冷卻水的流量和冷卻水的進(jìn)出。通過

9、測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)冷卻水的流量和冷卻水的進(jìn)出。 Q Q發(fā)酵發(fā)酵=GC(T=GC(T2 2-T-T1 1)/V)/V Q Q發(fā)酵發(fā)酵-發(fā)酵熱發(fā)酵熱; ; C- C-冷卻水的比熱；冷卻水的比熱； G- G-冷卻水的流量冷卻水的流量; ; T T1 1T T2 2-進(jìn)出口冷卻水的溫度進(jìn)出口冷卻水的溫度; ; V- V-發(fā)酵液的體積；發(fā)酵液的體積；生化過程常用檢測(cè)方法及儀器生化過程常用檢測(cè)方法及儀器v (2) (2) 通過罐溫度的自動(dòng)控制，先使罐溫達(dá)到恒定，再關(guān)閉自控通過罐溫度的自動(dòng)控制，先使罐溫達(dá)到恒定，再關(guān)閉自控裝置，測(cè)量溫度隨時(shí)間上升的速率裝置，測(cè)量溫度隨時(shí)間上升的速率S S。 Q Q發(fā)酵發(fā)酵=(M

10、=(M1 1C C1 1+M+M2 2C C2 2)S/V)S/V Q Q發(fā)酵發(fā)酵-發(fā)酵熱發(fā)酵熱; ; M1 -M1 -發(fā)酵液質(zhì)量；發(fā)酵液質(zhì)量； M2 - M2 -發(fā)酵罐質(zhì)量；發(fā)酵罐質(zhì)量； C1 - C1 -發(fā)酵液比熱；發(fā)酵液比熱； C2 - C2 -發(fā)酵罐材料比熱；發(fā)酵罐材料比熱； S - S -溫升速率；溫升速率； V - V -發(fā)酵液體積；發(fā)酵液體積；生化過程常用檢測(cè)方法及儀器生化過程常用檢測(cè)方法及儀器生化過程常用檢測(cè)方法及儀器生化過程常用檢測(cè)方法及儀器 另，可根據(jù)理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)生成熱進(jìn)行估算：另，可根據(jù)理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)生成熱進(jìn)行估算： qH=(0.1060.124)qO2(1

11、/10)qO2 qO2-氧的消耗比速氧的消耗比速(mmolO2/g菌體菌體 h) qH-發(fā)酵熱生成的比速發(fā)酵熱生成的比速(kcal/g菌體菌體 h)當(dāng)通風(fēng)發(fā)酵出現(xiàn)溶解氧不足時(shí)，有的的微生物能夠進(jìn)行厭氧反應(yīng)。當(dāng)通風(fēng)發(fā)酵出現(xiàn)溶解氧不足時(shí)，有的的微生物能夠進(jìn)行厭氧反應(yīng)。 則出現(xiàn)則出現(xiàn): QH(0.1060.124)QO生化過程常用檢測(cè)方法及儀器生化過程常用檢測(cè)方法及儀器熱交換器發(fā)酵熱測(cè)量熱交換器發(fā)酵熱測(cè)量微熱量測(cè)量裝置：絕熱式微量熱計(jì)、熱流量熱計(jì)、流通式量熱計(jì)。微熱量測(cè)量裝置：絕熱式微量熱計(jì)、熱流量熱計(jì)、流通式量熱計(jì)。熱交換器發(fā)酵熱測(cè)量熱交換器發(fā)酵熱測(cè)量流通式量熱計(jì)流通式量熱計(jì)生化過程常用檢測(cè)方法及

12、儀器生化過程常用檢測(cè)方法及儀器 壓力壓力 保持罐壓穩(wěn)定是很重要的?？梢院?jiǎn)單地由薄膜式壓力計(jì)測(cè)定；保持罐壓穩(wěn)定是很重要的?？梢院?jiǎn)單地由薄膜式壓力計(jì)測(cè)定； 罐壓變送器采用隔膜式元件，可在排氣管道上安裝調(diào)解閥門；罐壓變送器采用隔膜式元件，可在排氣管道上安裝調(diào)解閥門； 壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換器：電阻式、電感式、電容式和半導(dǎo)體式等壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換器：電阻式、電感式、電容式和半導(dǎo)體式等。測(cè)壓點(diǎn)和控制點(diǎn)的選擇應(yīng)考慮的因素：測(cè)壓點(diǎn)和控制點(diǎn)的選擇應(yīng)考慮的因素： 1）防止染菌，避免死角，防止固形物的堆積；）防止染菌，避免死角，防止固形物的堆積； 2）注意氣源波動(dòng)對(duì)壓力的影響。）注意氣源波動(dòng)對(duì)壓力的影響。生化過程常用檢測(cè)方法及儀

13、器生化過程常用檢測(cè)方法及儀器 流量測(cè)定流量測(cè)定空氣流量空氣流量 采用可變范圍式流速計(jì)采用可變范圍式流速計(jì)（如轉(zhuǎn)子流量計(jì)）來(lái)測(cè)定通入（如轉(zhuǎn)子流量計(jì)）來(lái)測(cè)定通入發(fā)酵罐中的無(wú)菌空氣的流量。發(fā)酵罐中的無(wú)菌空氣的流量。 流量計(jì)中浮動(dòng)轉(zhuǎn)子的位置流量計(jì)中浮動(dòng)轉(zhuǎn)子的位置可以通過電容或電阻原理轉(zhuǎn)換可以通過電容或電阻原理轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過加大之成電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過加大之后啟動(dòng)控制器，可實(shí)現(xiàn)氣體流后啟動(dòng)控制器，可實(shí)現(xiàn)氣體流量控制的自動(dòng)化。量控制的自動(dòng)化。生化過程常用檢測(cè)方法及儀器生化過程常用檢測(cè)方法及儀器料液流量料液流量 常用轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電磁流量計(jì)和通過測(cè)定發(fā)酵罐的質(zhì)量變化常用轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電磁流量計(jì)和通過測(cè)定

14、發(fā)酵罐的質(zhì)量變化間接測(cè)定液體流量的應(yīng)變器。間接測(cè)定液體流量的應(yīng)變器。 橢圓流量計(jì)工作原理圖橢圓流量計(jì)工作原理圖生化過程常用檢測(cè)方法及儀器生化過程常用檢測(cè)方法及儀器 體積流量型體積流量型 根據(jù)流體動(dòng)能的轉(zhuǎn)換以及流體流動(dòng)類型的改變而設(shè)計(jì)的測(cè)量根據(jù)流體動(dòng)能的轉(zhuǎn)換以及流體流動(dòng)類型的改變而設(shè)計(jì)的測(cè)量裝置。主要類型有同心孔板壓差流量計(jì)和轉(zhuǎn)子流量計(jì)。裝置。主要類型有同心孔板壓差流量計(jì)和轉(zhuǎn)子流量計(jì)。v軸功率軸功率 采用瓦特計(jì)聯(lián)結(jié)在攪拌器的電機(jī)軸上來(lái)測(cè)量其功率消耗。這采用瓦特計(jì)聯(lián)結(jié)在攪拌器的電機(jī)軸上來(lái)測(cè)量其功率消耗。這種近似的測(cè)量只適用于大型設(shè)備，對(duì)小型發(fā)酵罐不能適用。主要種近似的測(cè)量只適用于大型設(shè)備，對(duì)小型發(fā)

15、酵罐不能適用。主要是因?yàn)樘盍舷坏哪Σ磷饔迷陔姍C(jī)的負(fù)荷中占有相當(dāng)大的比率。是因?yàn)樘盍舷坏哪Σ磷饔迷陔姍C(jī)的負(fù)荷中占有相當(dāng)大的比率。 小型發(fā)酵罐攪拌軸的功率多采用扭力功率計(jì)或者應(yīng)變計(jì)來(lái)測(cè)小型發(fā)酵罐攪拌軸的功率多采用扭力功率計(jì)或者應(yīng)變計(jì)來(lái)測(cè)量。應(yīng)變片安裝在發(fā)酵罐內(nèi)的攪拌軸上，導(dǎo)線從軸的軸向孔中引量。應(yīng)變片安裝在發(fā)酵罐內(nèi)的攪拌軸上，導(dǎo)線從軸的軸向孔中引出罐外，電信號(hào)通過旋轉(zhuǎn)軸上的滑動(dòng)環(huán)傳出。出罐外，電信號(hào)通過旋轉(zhuǎn)軸上的滑動(dòng)環(huán)傳出。生化過程常用檢測(cè)方法及儀器生化過程常用檢測(cè)方法及儀器v轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 發(fā)酵攪拌罐的轉(zhuǎn)速，依罐的大小而已。發(fā)酵攪拌罐的轉(zhuǎn)速，依罐的大小而已。 小罐的攪拌器轉(zhuǎn)速要比大罐的快些，所有攪拌罐

16、攪拌小罐的攪拌器轉(zhuǎn)速要比大罐的快些，所有攪拌罐攪拌器的末端線速度器的末端線速度ND，在一般情況下幾乎都是恒定的值，在一般情況下幾乎都是恒定的值，即為即為150300m/min。 攪拌器的轉(zhuǎn)速可用測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)定，測(cè)速發(fā)電機(jī)同攪攪拌器的轉(zhuǎn)速可用測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)定，測(cè)速發(fā)電機(jī)同攪拌器軸聯(lián)接，根據(jù)輸出的電壓（一般是拌器軸聯(lián)接，根據(jù)輸出的電壓（一般是mV）值高低表示）值高低表示轉(zhuǎn)速的快慢，使用時(shí)，應(yīng)對(duì)儀表的刻度盤進(jìn)行校正。轉(zhuǎn)速的快慢，使用時(shí)，應(yīng)對(duì)儀表的刻度盤進(jìn)行校正。v泡沫泡沫太多的泡沫給反應(yīng)帶來(lái)不利的影響太多的泡沫給反應(yīng)帶來(lái)不利的影響1. 使反應(yīng)器的裝填系數(shù)減少；使反應(yīng)器的裝填系數(shù)減少；2. 造成大量逃液

17、，導(dǎo)致產(chǎn)物的損失；造成大量逃液，導(dǎo)致產(chǎn)物的損失；3. 泡沫泡沫“頂罐頂罐”有可能使培養(yǎng)基從攪拌的軸封滲出，增加染菌的機(jī)有可能使培養(yǎng)基從攪拌的軸封滲出，增加染菌的機(jī)會(huì)。會(huì)。4. 由于泡沫的液位變動(dòng)，以及不同生長(zhǎng)周期微生物隨泡沫漂浮，使由于泡沫的液位變動(dòng)，以及不同生長(zhǎng)周期微生物隨泡沫漂浮，使微生物生長(zhǎng)的環(huán)境發(fā)生了變化，影響了微生物群體的效果，增加微生物生長(zhǎng)的環(huán)境發(fā)生了變化，影響了微生物群體的效果，增加了微生物群體的不均一性。了微生物群體的不均一性。5. 影響了攪拌的正常進(jìn)行，妨礙了微生物的呼吸。影響了攪拌的正常進(jìn)行，妨礙了微生物的呼吸。6. 使微生物提早自溶。使微生物提早自溶。7. 為了控制泡沫，

18、需加入消泡劑。對(duì)產(chǎn)物的提取不利。為了控制泡沫，需加入消泡劑。對(duì)產(chǎn)物的提取不利。 微生物反應(yīng)過程產(chǎn)生泡沫的原因微生物反應(yīng)過程產(chǎn)生泡沫的原因 1. 由外界引進(jìn)的氣流被機(jī)械地分散形成由外界引進(jìn)的氣流被機(jī)械地分散形成 2. 反應(yīng)過程產(chǎn)生的氣體聚結(jié)生成的泡沫反應(yīng)過程產(chǎn)生的氣體聚結(jié)生成的泡沫 培養(yǎng)基的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)泡沫形成的表面現(xiàn)象起決定作培養(yǎng)基的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)泡沫形成的表面現(xiàn)象起決定作用，此外，培養(yǎng)基的溫度、酸堿度、濃度等對(duì)過程的泡沫也用，此外，培養(yǎng)基的溫度、酸堿度、濃度等對(duì)過程的泡沫也有一定的影響。培養(yǎng)基中的蛋白質(zhì)含量越多，反應(yīng)液的黏度有一定的影響。培養(yǎng)基中的蛋白質(zhì)含量越多，反應(yīng)液的黏度也越大，越容易

19、起泡，泡沫多而且持久穩(wěn)定。也越大，越容易起泡，泡沫多而且持久穩(wěn)定。化學(xué)消泡化學(xué)消泡消泡機(jī)理：消泡機(jī)理：1. 消泡劑是表面活性物質(zhì)，降低氣泡表面張力，使氣泡破裂；消泡劑是表面活性物質(zhì)，降低氣泡表面張力，使氣泡破裂；2. 降低機(jī)械強(qiáng)度（降低液膜的彈性）；降低機(jī)械強(qiáng)度（降低液膜的彈性）；3. 降低膜表面的黏度。降低膜表面的黏度。 天然油脂類、高級(jí)醇類、聚醚類、硅酮類、氟化烷烴等天然油脂類、高級(jí)醇類、聚醚類、硅酮類、氟化烷烴等生產(chǎn)中的一些用法：生產(chǎn)中的一些用法：(1) 通過機(jī)械攪拌，使消泡劑更易于分散在反應(yīng)液中。通過機(jī)械攪拌，使消泡劑更易于分散在反應(yīng)液中。(2) 將消泡劑與載體一起使用，使消泡劑溶于或

20、分散于載體中，比將消泡劑與載體一起使用，使消泡劑溶于或分散于載體中，比 如用聚氧丙烯甘油作消泡劑時(shí)，以豆油為載體的消泡增效作用明顯。如用聚氧丙烯甘油作消泡劑時(shí)，以豆油為載體的消泡增效作用明顯。(3) 多種消泡劑并用可增強(qiáng)消泡作用。多種消泡劑并用可增強(qiáng)消泡作用。(4) 使用乳化劑增強(qiáng)消泡劑的消泡作用，如消泡劑聚氧丙烯甘油用使用乳化劑增強(qiáng)消泡劑的消泡作用，如消泡劑聚氧丙烯甘油用吐溫吐溫-80為乳化劑的增效作用可提高為乳化劑的增效作用可提高12倍。倍。泡沫的控制泡沫的控制 機(jī)械消泡機(jī)械消泡 靠機(jī)械強(qiáng)烈振動(dòng)和壓力的變化，促使細(xì)胞破裂，或借助機(jī)靠機(jī)械強(qiáng)烈振動(dòng)和壓力的變化，促使細(xì)胞破裂，或借助機(jī)械力將排出

21、氣體中的液體加以分離回收，從而達(dá)到消泡的作用。械力將排出氣體中的液體加以分離回收，從而達(dá)到消泡的作用。機(jī)械消泡的優(yōu)點(diǎn)是不需在發(fā)酵液中加入其他物質(zhì)，減少了由于機(jī)械消泡的優(yōu)點(diǎn)是不需在發(fā)酵液中加入其他物質(zhì)，減少了由于加入消泡劑所引起的染菌機(jī)會(huì)和對(duì)后續(xù)分離的影響。但是機(jī)械加入消泡劑所引起的染菌機(jī)會(huì)和對(duì)后續(xù)分離的影響。但是機(jī)械效果不如化學(xué)消泡迅速、可靠、不能根本上消除引起穩(wěn)定泡沫效果不如化學(xué)消泡迅速、可靠、不能根本上消除引起穩(wěn)定泡沫的因素，而且它還需要一定的設(shè)備和消耗一定的動(dòng)力。的因素，而且它還需要一定的設(shè)備和消耗一定的動(dòng)力。 罐內(nèi)消泡、罐外消泡。罐內(nèi)消泡、罐外消泡。PP1PP2計(jì)算計(jì)算ABC HH生化

22、過程常用檢測(cè)方法及儀器生化過程常用檢測(cè)方法及儀器 壓差法壓差法HppH12液位電極控制消泡劑的流加液位電極控制消泡劑的流加 液位電極是根據(jù)空氣與帶有發(fā)酵液液位電極是根據(jù)空氣與帶有發(fā)酵液的泡沫導(dǎo)電率不同的原理制造。的泡沫導(dǎo)電率不同的原理制造。 采用雙位式的控制方法，當(dāng)反應(yīng)物采用雙位式的控制方法，當(dāng)反應(yīng)物液面達(dá)到一定的高度時(shí)，自動(dòng)打開消泡液面達(dá)到一定的高度時(shí)，自動(dòng)打開消泡劑的閥門，當(dāng)液面降回到正常時(shí)，自動(dòng)劑的閥門，當(dāng)液面降回到正常時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉消泡劑的閥門。關(guān)閉消泡劑的閥門。生化過程常用檢測(cè)方法及儀器生化過程常用檢測(cè)方法及儀器 液位的檢測(cè)液位的檢測(cè) 液位探針液位探針 泡沫高度的檢測(cè)泡沫高度的檢測(cè) 常

23、用檢測(cè)方法：電極探針測(cè)定法和聲波法。常用檢測(cè)方法：電極探針測(cè)定法和聲波法。生化過程常用檢測(cè)方法及儀器生化過程常用檢測(cè)方法及儀器 發(fā)酵液黏度的檢測(cè)發(fā)酵液黏度的檢測(cè) 常用的黏度測(cè)定儀有：振動(dòng)式黏度傳感儀、毛細(xì)管黏度計(jì)、常用的黏度測(cè)定儀有：振動(dòng)式黏度傳感儀、毛細(xì)管黏度計(jì)、回轉(zhuǎn)式黏度計(jì)和渦輪旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)等?；剞D(zhuǎn)式黏度計(jì)和渦輪旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)等。 振動(dòng)式黏度計(jì)振動(dòng)式黏度計(jì)生化過程常用檢測(cè)方法及儀器生化過程常用檢測(cè)方法及儀器 發(fā)酵液黏度的檢測(cè)發(fā)酵液黏度的檢測(cè)毛細(xì)管黏度計(jì)毛細(xì)管黏度計(jì)將清潔干燥的烏氏粘度計(jì)垂直放入恒溫水將清潔干燥的烏氏粘度計(jì)垂直放入恒溫水槽內(nèi)，使水面完全浸沒小球。用移液管吸槽內(nèi)，使水面完全浸沒小球。

24、用移液管吸10ml10ml甲苯，從甲苯，從A A管注入管注入E E球中，于球中，于2525恒溫恒溫槽中恒溫槽中恒溫3 3分鐘，然后進(jìn)行測(cè)定。在分鐘，然后進(jìn)行測(cè)定。在C C管套管套一乳膠管，用手捏住，使之不通氣。在一乳膠管，用手捏住，使之不通氣。在B B管管用吸球?qū)⒂梦驅(qū) E球的溶劑吸起，經(jīng)毛細(xì)管及球的溶劑吸起，經(jīng)毛細(xì)管及F F球球吸入吸入G G球，然后先松開吸球，再松開球，然后先松開吸球，再松開C C管橡管橡皮管，讓皮管，讓C C管通大氣，隨即，被吸起的溶劑管通大氣，隨即，被吸起的溶劑開始流回開始流回E E球，此時(shí)操作者要集中精神，用球，此時(shí)操作者要集中精神，用眼睛水平地注視正在下降的液面

25、，并用秒眼睛水平地注視正在下降的液面，并用秒表準(zhǔn)確地測(cè)出液面流經(jīng)表準(zhǔn)確地測(cè)出液面流經(jīng)a a線與線與b b線之間所需線之間所需的時(shí)間，并記錄。重復(fù)上述操作三次，每的時(shí)間，并記錄。重復(fù)上述操作三次，每次測(cè)定相差不大于次測(cè)定相差不大于0.20.2秒。取三次的平均值秒。取三次的平均值為為t0t0，即為溶劑甲苯的流出時(shí)間。，即為溶劑甲苯的流出時(shí)間。生化過程常用檢測(cè)方法及儀器生化過程常用檢測(cè)方法及儀器 化學(xué)環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)化學(xué)環(huán)境參數(shù)的檢測(cè) pH的檢測(cè)的檢測(cè)pH值可用耐滅菌的玻璃電極和銀值可用耐滅菌的玻璃電極和銀-汞參比電極以及汞參比電極以及pH測(cè)量?jī)x表的檢測(cè)量?jī)x表的檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)，可連續(xù)指示罐內(nèi)酸堿變化。測(cè)

26、系統(tǒng)檢測(cè)，可連續(xù)指示罐內(nèi)酸堿變化。微生物反應(yīng)過程中微生物反應(yīng)過程中pH的變化具有一定規(guī)律。的變化具有一定規(guī)律。 在微生物細(xì)胞的生長(zhǎng)階段，由于所用的微生物菌種不同，相對(duì)在微生物細(xì)胞的生長(zhǎng)階段，由于所用的微生物菌種不同，相對(duì) 于接種后的起始于接種后的起始pH值有上升或下降趨勢(shì)值有上升或下降趨勢(shì) 在生產(chǎn)階段，一般反應(yīng)液的在生產(chǎn)階段，一般反應(yīng)液的pH值趨于穩(wěn)定，維持在最適合產(chǎn)物值趨于穩(wěn)定，維持在最適合產(chǎn)物 形成的范圍。形成的范圍。 在微生物細(xì)胞的自溶階段，隨著培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的耗盡，在微生物細(xì)胞的自溶階段，隨著培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的耗盡， 微生物細(xì)胞內(nèi)蛋白酶的積累和活躍，微生物自溶，引起培養(yǎng)液中微生物

27、細(xì)胞內(nèi)蛋白酶的積累和活躍，微生物自溶，引起培養(yǎng)液中 的氨基氮等的增加，致使的氨基氮等的增加，致使pH值有上升。值有上升。生化過程常用檢測(cè)方法及儀器生化過程常用檢測(cè)方法及儀器 pH的檢測(cè)的檢測(cè)引起反應(yīng)液引起反應(yīng)液pH值下降的主要原因有：值下降的主要原因有：1. 培養(yǎng)基中的碳培養(yǎng)基中的碳/氮比不當(dāng)，碳源過多，特別是葡萄糖過量或者中氮比不當(dāng)，碳源過多，特別是葡萄糖過量或者中間補(bǔ)糖過多或溶解氧不足，致使糖等物質(zhì)氧化不完全，培養(yǎng)液間補(bǔ)糖過多或溶解氧不足，致使糖等物質(zhì)氧化不完全，培養(yǎng)液中有機(jī)酸會(huì)大量積累，從而使中有機(jī)酸會(huì)大量積累，從而使pH值下降值下降2. 消泡油加得過多；消泡油加得過多；3. 微生物生理

28、性物質(zhì)的存在，使微生物生理性物質(zhì)的存在，使pH值下降。值下降。引起反應(yīng)液引起反應(yīng)液pH值上升的主要原因有：值上升的主要原因有：1. 培養(yǎng)基中的碳培養(yǎng)基中的碳/氮比不當(dāng)，氮源過多，氨基氮釋放會(huì)使氮比不當(dāng)，氮源過多，氨基氮釋放會(huì)使pH值上升。值上升。2. 生理堿性物質(zhì)存在。生理堿性物質(zhì)存在。3. 中間補(bǔ)料液中氨水或尿素等堿性物質(zhì)的加入過多。中間補(bǔ)料液中氨水或尿素等堿性物質(zhì)的加入過多。1. 調(diào)節(jié)培養(yǎng)基中的原始調(diào)節(jié)培養(yǎng)基中的原始pH值，或加入緩沖溶液制成緩沖能力強(qiáng)、值，或加入緩沖溶液制成緩沖能力強(qiáng)、pH值變化不大的培養(yǎng)基。值變化不大的培養(yǎng)基。2. 可在反應(yīng)過程中加入弱酸或弱堿進(jìn)行可在反應(yīng)過程中加入弱酸

29、或弱堿進(jìn)行pH值的調(diào)節(jié)，進(jìn)而合理地控值的調(diào)節(jié)，進(jìn)而合理地控制發(fā)酵條件，也可通過調(diào)整通風(fēng)量來(lái)控制制發(fā)酵條件，也可通過調(diào)整通風(fēng)量來(lái)控制pH值。值。3. 進(jìn)行補(bǔ)料，既調(diào)節(jié)了培養(yǎng)液的進(jìn)行補(bǔ)料，既調(diào)節(jié)了培養(yǎng)液的pH值，又可補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)，增加培養(yǎng)液值，又可補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)，增加培養(yǎng)液的濃度和減少阻遏作用，進(jìn)一步提高產(chǎn)率。的濃度和減少阻遏作用，進(jìn)一步提高產(chǎn)率。4. 采用酸性銨鹽作為氮源時(shí)，由于采用酸性銨鹽作為氮源時(shí)，由于NH4+被利用后，剩下的酸根會(huì)引被利用后，剩下的酸根會(huì)引起發(fā)酵液中的起發(fā)酵液中的pH值下降，在培養(yǎng)液中可加入碳酸鈣來(lái)調(diào)節(jié)值下降，在培養(yǎng)液中可加入碳酸鈣來(lái)調(diào)節(jié)pH值。值。5. 根據(jù)根據(jù)pH值的變化可用流加

30、氨水的方法來(lái)調(diào)節(jié)，同時(shí)又可把氨水作值的變化可用流加氨水的方法來(lái)調(diào)節(jié)，同時(shí)又可把氨水作為氮源供給。為氮源供給。6. 以尿素作為氮源進(jìn)行流加調(diào)節(jié)以尿素作為氮源進(jìn)行流加調(diào)節(jié)pH值。值。生化過程常用檢測(cè)方法及儀器生化過程常用檢測(cè)方法及儀器 溶氧濃度的檢測(cè)溶氧濃度的檢測(cè) 溶氧電極法測(cè)定，根據(jù)電極電流和氧分壓成正比例，而溶液溶氧電極法測(cè)定，根據(jù)電極電流和氧分壓成正比例，而溶液中的氧濃度又與氧分壓成正比的關(guān)系進(jìn)行測(cè)定。該法只有當(dāng)發(fā)酵中的氧濃度又與氧分壓成正比的關(guān)系進(jìn)行測(cè)定。該法只有當(dāng)發(fā)酵罐溫度、壓力及發(fā)酵液組成一定時(shí)，才能準(zhǔn)確地反映發(fā)酵液中的罐溫度、壓力及發(fā)酵液組成一定時(shí)，才能準(zhǔn)確地反映發(fā)酵液中的氧濃度。氧

31、濃度。 管道法測(cè)定溶氧，借助于測(cè)量由液體擴(kuò)散到管道中的氧氣含管道法測(cè)定溶氧，借助于測(cè)量由液體擴(kuò)散到管道中的氧氣含量的方法，將惰性氣體（量的方法，將惰性氣體（HeHe或或N N2 2）通過安裝在發(fā)酵罐中的一種可）通過安裝在發(fā)酵罐中的一種可透氣的盤管，然后測(cè)量擴(kuò)散到管內(nèi)的溶解氣體的含量。測(cè)量系統(tǒng)透氣的盤管，然后測(cè)量擴(kuò)散到管內(nèi)的溶解氣體的含量。測(cè)量系統(tǒng)滯后滯后2-3min2-3min，可用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)用。，可用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)用。生化過程常用檢測(cè)方法及儀器生化過程常用檢測(cè)方法及儀器 溶解溶解CO2濃度的測(cè)定濃度的測(cè)定23lglgCOHCOaKpH 溶解溶解CO2濃度的檢測(cè)原理是利濃度的檢測(cè)原理是利用對(duì)用對(duì)C

32、O2分子有特殊選擇滲透性的分子有特殊選擇滲透性的微孔膜，并使擴(kuò)散通過的微孔膜，并使擴(kuò)散通過的CO2進(jìn)入進(jìn)入飽和碳酸鈉緩沖液中，平衡后顯示飽和碳酸鈉緩沖液中，平衡后顯示的的pH與溶解的與溶解的CO2濃度成正比，由濃度成正比，由此可測(cè)出溶解此可測(cè)出溶解CO2濃度。濃度。CO2電極結(jié)構(gòu)電極結(jié)構(gòu)生化過程常用檢測(cè)方法及儀器生化過程常用檢測(cè)方法及儀器n 氧化還原電位（氧化還原電位（ORP）的檢測(cè)）的檢測(cè) ORP的檢測(cè)原理是基于溶液中的金屬電極上進(jìn)行的電子交換達(dá)的檢測(cè)原理是基于溶液中的金屬電極上進(jìn)行的電子交換達(dá)到平衡時(shí)，具有相應(yīng)的氧化還原電位值。表示式為：到平衡時(shí)，具有相應(yīng)的氧化還原電位值。表示式為：HFR

33、TpoFRTaaFRTEERn 排氣的氧分壓的測(cè)定排氣的氧分壓的測(cè)定生化過程常用檢測(cè)方法及儀器生化過程常用檢測(cè)方法及儀器 氣體中氧濃度的檢測(cè)方法氣體中氧濃度的檢測(cè)方法主要有磁氧分析、極譜電位主要有磁氧分析、極譜電位法和質(zhì)譜法。法和質(zhì)譜法。n 排氣的排氣的CO2分壓的測(cè)定分壓的測(cè)定生化過程常用檢測(cè)方法及儀器生化過程常用檢測(cè)方法及儀器 排氣中排氣中CO2濃度常用檢濃度常用檢測(cè)儀有紅外線二氧化碳測(cè)定測(cè)儀有紅外線二氧化碳測(cè)定儀和二氧化碳電極。儀和二氧化碳電極。 CO2氣體在紅外氣體在紅外2.62.9103和和4.14.5103nm之間有吸收峰之間有吸收峰n 細(xì)胞濃度的測(cè)定細(xì)胞濃度的測(cè)定生化過程常用檢測(cè)

34、方法及儀器生化過程常用檢測(cè)方法及儀器l 全細(xì)胞濃度的測(cè)定全細(xì)胞濃度的測(cè)定細(xì)胞濃度在線檢測(cè)濁度計(jì)細(xì)胞濃度在線檢測(cè)濁度計(jì) 濁度分光光度計(jì)測(cè)量樣品濁度分光光度計(jì)測(cè)量樣品中顆粒物的阻礙作用造成的透中顆粒物的阻礙作用造成的透射光強(qiáng)衰減程度來(lái)估計(jì)。射光強(qiáng)衰減程度來(lái)估計(jì)。 生物發(fā)酵溶液中營(yíng)養(yǎng)成分與產(chǎn)物的分析生物發(fā)酵溶液中營(yíng)養(yǎng)成分與產(chǎn)物的分析 傳感器傳感器：能感受能感受( (或響應(yīng)或響應(yīng)) )一種信息并變換成可測(cè)量信號(hào)一種信息并變換成可測(cè)量信號(hào)( (一一般指電學(xué)量般指電學(xué)量) )的器件。它通常由敏感元件、轉(zhuǎn)化元件及相應(yīng)的器件。它通常由敏感元件、轉(zhuǎn)化元件及相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和線路組成。的機(jī)械結(jié)構(gòu)和線路組成。 生物傳

35、感器生物傳感器：將生物體的成份（酶、抗原、抗體、激素）將生物體的成份（酶、抗原、抗體、激素）或生物體本身（細(xì)胞、細(xì)胞器、組織）固定化在一器件上作或生物體本身（細(xì)胞、細(xì)胞器、組織）固定化在一器件上作為敏感元件的傳感器稱為生物傳感器。為敏感元件的傳感器稱為生物傳感器。根據(jù)輸出信號(hào)方式分類 a生物親合型傳感器 被測(cè)物質(zhì)與分子識(shí)別元件上的敏感物質(zhì)具有生物親合作用，即二者能特異地相被測(cè)物質(zhì)與分子識(shí)別元件上的敏感物質(zhì)具有生物親合作用，即二者能特異地相結(jié)合，同時(shí)引起敏感材料的分子結(jié)構(gòu)和結(jié)合，同時(shí)引起敏感材料的分子結(jié)構(gòu)和/或固定介質(zhì)發(fā)生變化。例如：電荷溫度光學(xué)或固定介質(zhì)發(fā)生變化。例如：電荷溫度光學(xué)性質(zhì)等的變化

36、。反應(yīng)式可表示為：性質(zhì)等的變化。反應(yīng)式可表示為： S（底物）（底物）+R（受體）（受體） = SR生物傳感器的分類b代謝型或催化型傳感器 底物（被測(cè)物）與分子識(shí)別元件上的敏感物質(zhì)相作用并生底物（被測(cè)物）與分子識(shí)別元件上的敏感物質(zhì)相作用并生成產(chǎn)物，信號(hào)轉(zhuǎn)換器將底物的消耗或產(chǎn)物的增加轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲂懦僧a(chǎn)物，信號(hào)轉(zhuǎn)換器將底物的消耗或產(chǎn)物的增加轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲂盘?hào)，這類傳感器稱為代謝型或催化型傳感器，其反應(yīng)形式可表號(hào)，這類傳感器稱為代謝型或催化型傳感器，其反應(yīng)形式可表示為：示為：S（底物）（底物）R（受體）（受體） = SRP（生成物）（生成物） 生物傳感器的分類根據(jù)分子識(shí)別元件上的敏感物質(zhì)分類 生物傳感器中分

37、子識(shí)別元件上所用的敏感物質(zhì)有酶、微生物、動(dòng)植物生物傳感器中分子識(shí)別元件上所用的敏感物質(zhì)有酶、微生物、動(dòng)植物組織、細(xì)胞器、抗原和抗體等；組織、細(xì)胞器、抗原和抗體等； 根據(jù)所用的敏感物質(zhì)可將生物傳感器分為酶?jìng)鞲衅?、微生物傳感器、組根據(jù)所用的敏感物質(zhì)可將生物傳感器分為酶?jìng)鞲衅?、微生物傳感器、組織傳感器、細(xì)胞器傳感器、免疫傳感器等。織傳感器、細(xì)胞器傳感器、免疫傳感器等。生物傳感器的分類v 根據(jù)生物傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器分類：電化學(xué)生物傳感器、半導(dǎo)體生物傳感器、熱學(xué)型生物傳感器、光學(xué)型生物傳感器、聲學(xué)型生物傳感器等v 根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的多少：以單一化學(xué)物質(zhì)為檢測(cè)對(duì)象的單功能型生物傳感器和同時(shí)檢測(cè)微量多種化學(xué)物質(zhì)

38、的多功能型生物傳感器。v 根據(jù)生物傳感器的用途：免疫傳感器、藥物傳感器等。 生物傳感器的特點(diǎn)(1)(1) 由選擇性好的主體材料構(gòu)成的分子由選擇性好的主體材料構(gòu)成的分子識(shí)別元件，識(shí)別元件，一般不需進(jìn)行樣品的預(yù)處理；一般不需進(jìn)行樣品的預(yù)處理；(2)(2) 利用優(yōu)異的選擇性把樣品中被測(cè)組分的分離和檢利用優(yōu)異的選擇性把樣品中被測(cè)組分的分離和檢測(cè)統(tǒng)一為一體；測(cè)定時(shí)一般不需另加其它試劑；測(cè)統(tǒng)一為一體；測(cè)定時(shí)一般不需另加其它試劑；(3)(3) 由于它的體積小、可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)在位監(jiān)測(cè)；由于它的體積小、可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)在位監(jiān)測(cè)；(4)(4) 響應(yīng)快、樣品用量少，且由于敏感材料是固定化響應(yīng)快、樣品用量少，且由于敏感材料

39、是固定化的，可以反復(fù)多次使用。的，可以反復(fù)多次使用。(5)(5) 傳感器連同測(cè)定儀的成本遠(yuǎn)低于大型的分析儀器，傳感器連同測(cè)定儀的成本遠(yuǎn)低于大型的分析儀器，因而便于推廣普及。因而便于推廣普及。生物傳感器的基本組成生物傳感器的基本組成組成：組成：敏感元件（分子識(shí)別元件）和信號(hào)轉(zhuǎn)換器件敏感元件（分子識(shí)別元件）和信號(hào)轉(zhuǎn)換器件生物傳感器的基本原理生物傳感器的基本原理 換能器（Transducer）感受器（Receptor）測(cè)量信號(hào)（Measurable Signal）=分析物（Analyte）溶液（Solution）選擇性膜（Thin selective membrane）識(shí)別元件（RECOGNITIO

40、N）生物傳感器工作機(jī)理生物分子特異性識(shí)別（生物感受器）生物分子特異性識(shí)別（生物感受器） 生物感受器是一種可以識(shí)別目標(biāo)分析物的生物材料。 表生物傳感器的分子識(shí)別元件分子識(shí)別元件生物活性單元酶膜各種酶類全細(xì)胞膜細(xì)菌、真菌、動(dòng)植物細(xì)胞組織膜動(dòng)植物組織切片細(xì)胞器膜線粒體、葉綠體免疫功能膜抗體、抗原、酶標(biāo)抗原等生物放大生物放大 生物放大作用:指模擬和利用生物體內(nèi)的某些生化反應(yīng)，通過對(duì)反應(yīng)過程中產(chǎn)量大、變化大或易檢測(cè)物質(zhì)的分析來(lái)間接確定反應(yīng)中產(chǎn)量小、變化小、不易檢測(cè)物質(zhì)的(變化)量的方法。 通過生物放大原理可以大幅度提高分析測(cè)試的靈敏度。生物傳感器常用的生物放大作用: 酶催化放大 酶溶出放大 酶級(jí)聯(lián)放大

41、脂質(zhì)體技術(shù) 聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和離子通道放大等。v將熱能變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)將熱能變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)v將光效應(yīng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)將光效應(yīng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)v直接產(chǎn)生電信號(hào)直接產(chǎn)生電信號(hào)信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理 表生物傳感器的信號(hào)處理方法由生物活性元件引起的變化（生物學(xué)反應(yīng)信息）信號(hào)處理方法（換能器的選擇）電極活性物質(zhì)的生成或消耗電流檢測(cè)電極法離子性物質(zhì)的生成或消耗電位檢測(cè)電極法膜或電極電荷狀態(tài)的變化膜電位法、電極電位法質(zhì)量變化壓電元件法阻抗變化電導(dǎo)率法熱變化（熱效應(yīng)）熱敏電阻法光譜特性變化（光效應(yīng)）光纖和光電倍增管 生物傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器生物傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器 生物傳感器中的信號(hào)轉(zhuǎn)換器是將分子識(shí)別元件進(jìn)行識(shí)別時(shí)

42、所生物傳感器中的信號(hào)轉(zhuǎn)換器是將分子識(shí)別元件進(jìn)行識(shí)別時(shí)所產(chǎn)生的化學(xué)的或物理的變化轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的裝置。常用的產(chǎn)生的化學(xué)的或物理的變化轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的裝置。常用的生物傳感器換能器件有電化學(xué)電極、熱敏器件、半導(dǎo)體器件、生物傳感器換能器件有電化學(xué)電極、熱敏器件、半導(dǎo)體器件、光電原理器件等，目前以電化學(xué)電極應(yīng)用最廣且比較成熟。光電原理器件等，目前以電化學(xué)電極應(yīng)用最廣且比較成熟。 電化學(xué)電極可用作生物傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器的電化學(xué)電極一電化學(xué)電極可用作生物傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器的電化學(xué)電極一般可以分為兩種類型。般可以分為兩種類型。電位型電極電位型電極和和電流型電極電流型電極 v 電位型電極 離子選擇電極離子選擇電

43、極 離子選擇性電極是一類對(duì)特定的陽(yáng)離子或陰離子呈選擇性響應(yīng)的電極，具有離子選擇性電極是一類對(duì)特定的陽(yáng)離子或陰離子呈選擇性響應(yīng)的電極，具有快速、靈敏、可靠、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用范圍很廣離子選擇性電極作為生快速、靈敏、可靠、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用范圍很廣離子選擇性電極作為生物傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器只是它的一種應(yīng)用，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也常直接用它測(cè)定物傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器只是它的一種應(yīng)用，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也常直接用它測(cè)定體液中的一些成分（如體液中的一些成分（如H+， K+， Na+、Ca2+等）。等）。 生物傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器 生物傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器 電流型電極 電化學(xué)生物傳感器中采用電流型電極為信號(hào)轉(zhuǎn)換器的趨勢(shì)

44、電化學(xué)生物傳感器中采用電流型電極為信號(hào)轉(zhuǎn)換器的趨勢(shì)日益增加，這是因?yàn)檫@類電極和電位型電極相比有以下優(yōu)點(diǎn)：日益增加，這是因?yàn)檫@類電極和電位型電極相比有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）電極的輸出直接和被測(cè)物的濃度呈線性關(guān)系，而電位型）電極的輸出直接和被測(cè)物的濃度呈線性關(guān)系，而電位型電極那樣和被測(cè)物濃度的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系；電極那樣和被測(cè)物濃度的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系； （2）電極輸出值的讀數(shù)誤差所對(duì)應(yīng)的待測(cè)物濃度的相對(duì)誤差）電極輸出值的讀數(shù)誤差所對(duì)應(yīng)的待測(cè)物濃度的相對(duì)誤差比電位型電極的??；比電位型電極的??； （3）電極的靈敏度比電位型電極的高。）電極的靈敏度比電位型電極的高。 生物傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器 生物熱敏器件 基于溫度

45、測(cè)量原理，把生物功基于溫度測(cè)量原理，把生物功能材料和高性能檢測(cè)器件結(jié)合而能材料和高性能檢測(cè)器件結(jié)合而成，如酶熱敏電阻。成，如酶熱敏電阻。 酶熱敏電阻檢測(cè)系統(tǒng)敏感器件（分子識(shí)別元件) 酶電極酶電極結(jié)構(gòu)原理示意圖免疫傳感器免疫傳感器(Immunosensor)(Immunosensor) 免疫電極免疫電極敏感器件（分子識(shí)別元件)酶標(biāo)記免疫傳感器原理示意圖幾種主要的生物傳感器幾種主要的生物傳感器 1 1、酶?jìng)鞲衅?、酶?jìng)鞲衅?Enzyme Sensor) 測(cè)定項(xiàng)目酶固定化方法使用電極穩(wěn)定性天測(cè)定范圍（mg/ml）葡萄糖葡萄糖氧化酶共價(jià)氧電極10015102膽固醇膽固醇酯酶共價(jià)鉑電極30105103青霉

46、素青霉素酶包埋PH電極714101103尿素尿素酶交聯(lián)銨離子電極60101103磷脂磷脂酶共價(jià)鉑電極301025103乙醇乙醇氧化酶交聯(lián)氧電極120105103尿酸尿酸酶交聯(lián)氧電極120101103L一谷氨酸谷氨酸脫氨酶吸附銨離子電極2101104L一谷酰胺谷酰胺酶吸附銨離子電極2101104L一酪氨酸L一酪氨酸脫羧酶吸附二氧化碳電極優(yōu)點(diǎn)：酶易被分離，貯存較穩(wěn)定，所以目前被廣泛 的應(yīng)用。缺點(diǎn)：1.酶的特異性不高。 2.酶在測(cè)試的過程中因被消耗而需要不斷的更換。酶?jìng)鞲衅髅競(jìng)鞲衅鞯奶攸c(diǎn)：的特點(diǎn)： 2 2、組織傳感器、組織傳感器(Tissue Sensor)(Tissue Sensor) 測(cè)定項(xiàng)目組

47、織膜基礎(chǔ)電極穩(wěn)定性天線性范圍谷氨酸木瓜CO27210-41.310-2mol/L尿素夾克豆CO2943.410-51.510-3mol/LL一谷氨酰胺腎NH330110-41.110-2mol/L多巴胺香蕉O214 丙酮酸玉米芯CO27810-5310-3mol/L過氧化氫肝O214510-32.510-1U/mL3 3、微生物傳感器、微生物傳感器(Microorganism Sensor)(Microorganism Sensor) 測(cè)定項(xiàng)目微生物測(cè)定電極檢測(cè)范圍（mg/L）葡萄糖熒光假單胞菌O25200乙醇蕓苔絲孢酵母O25300亞硝酸鹽硝化菌O251200維生素B12大腸桿菌O2 谷氨酸

48、大腸桿菌CO28800賴氨酸大腸桿菌CO210100維生素B1發(fā)酵乳桿菌燃料電池0.0110甲酸梭狀芽胞桿菌燃料電池1300頭孢菌素費(fèi)式檸檬酸細(xì)菌pH 煙酸阿拉伯糖乳桿菌pH 生物芯片v 所謂生物芯片，是通過微加工技術(shù)和微電子技術(shù)在固體芯所謂生物芯片，是通過微加工技術(shù)和微電子技術(shù)在固體芯片表面構(gòu)建微型生物化學(xué)分析系統(tǒng)，將成千上萬(wàn)與生命相片表面構(gòu)建微型生物化學(xué)分析系統(tǒng)，將成千上萬(wàn)與生命相關(guān)的信息集成在一塊面積約為關(guān)的信息集成在一塊面積約為1cm1cm2 2的硅、玻璃、塑料等材的硅、玻璃、塑料等材料制成的芯片上，在待分析樣品中的生物分子與生物芯片料制成的芯片上，在待分析樣品中的生物分子與生物芯片的探針分子發(fā)生相互作用后，對(duì)作用信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和分析，的探針分子發(fā)生相互作用后，對(duì)作用信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和分析，以達(dá)到到基因、細(xì)胞、蛋白質(zhì)、抗原以及其他生物組分準(zhǔn)以達(dá)到到基因、細(xì)胞、蛋白質(zhì)、抗原以及其他生物組分準(zhǔn)確、快速的分析和檢測(cè)。確、快速的分析和檢測(cè)。幾種主要的生物芯片幾種主要的生物芯片 v 基因芯片:也稱DNA芯片，它是在基因探針基礎(chǔ)上研制而成的 v 蛋白質(zhì)芯片:以蛋白質(zhì)代替DNA作為