第3章生化過(guò)程中化學(xué)及生物參數(shù)檢測(cè)技術(shù)

第3章生化過(guò)程中化學(xué)

及生物參數(shù)檢測(cè)技術(shù)1本章內(nèi)容3.1pH的測(cè)量3.2溶氧的測(cè)量3.3細(xì)胞濃度的在線測(cè)量3.4生物傳感器及其應(yīng)用23.1pH的測(cè)量3一概述在發(fā)酵過(guò)程中由于微生物的代謝(消耗碳源或氮源，釋放代謝產(chǎn)物如酸等)會(huì)使得發(fā)酵液的酸堿度發(fā)生很大的變化，而發(fā)酵過(guò)程需要維持在一定的酸堿度范圍內(nèi)。在生化過(guò)程中，pH的控制和調(diào)整已成為過(guò)程操作不可缺少的變量。因此pH的測(cè)量在生化過(guò)程控制中具有無(wú)比重要的地位。pH：表示體系酸堿度的參數(shù)，為溶液中H+的活度，即pH=-lg[H+]，其范圍為0～14，pH<7為酸性，pH=7為中性，pH>7為堿性。4二pH測(cè)量原理pH一般是利用電化學(xué)原理進(jìn)行測(cè)定。常用一組電極來(lái)測(cè)量，即測(cè)量電極和參考電極。測(cè)量回路如下圖a所示，pH電極結(jié)構(gòu)如下圖b所示。pH電極參比電極a測(cè)量電路b玻璃pH電極示意圖電勢(shì)與pH的關(guān)系為：Eel=E0-S(pHa-pHi)Eel電極電勢(shì)，E0零電位，pHi內(nèi)部緩沖液pH，pHa待測(cè)溶液pH。5pH電極只對(duì)H+有響應(yīng)玻璃膜的結(jié)構(gòu)由固定的帶負(fù)電荷的硅酸晶格組成骨架(以GL-表示),晶格中存在體積較小,但活動(dòng)能力較強(qiáng)的Na+,起導(dǎo)電作用。玻璃電極長(zhǎng)時(shí)間浸泡在水溶液中,膜的表面形成一層厚度為10-4mm～10-5mm的水化層。玻璃的硅酸結(jié)構(gòu)與H+結(jié)合鍵的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Na+的強(qiáng)度(約1014倍),發(fā)生如下離子交換反應(yīng)：

H++Na+GL-=Na++H+GL-6當(dāng)玻璃膜與試液接觸時(shí),由于外部試液與玻璃膜的外水化層,以及內(nèi)參比溶液與玻璃膜的內(nèi)水化層中,H+的濃度不同,H+從高濃度向低濃度擴(kuò)散。破壞界面附近原來(lái)正負(fù)電荷分布的均勻性。在兩相界面附近形成雙電層結(jié)構(gòu),產(chǎn)生相界電位(E外和E內(nèi))。玻璃電極的膜電位等于二者之差,即E膜=E外-E內(nèi)；膜電位的產(chǎn)生不是由于電子的得失和轉(zhuǎn)移,而是離子交換和擴(kuò)散的結(jié)果。78在實(shí)際使用中常用的pH電極均為復(fù)合電極，即pH電極與參考電極以及溫度傳感元件復(fù)合在一起?，F(xiàn)在，許多制造商可提供能夠耐受加熱滅菌的pH電極。原位滅菌時(shí)，一般在滅菌時(shí)需將電極安裝在一個(gè)由發(fā)酵罐制造商提高的專(zhuān)用外殼，以使電極外部在滅菌時(shí)能耐受0.1MPa的壓力。910pH復(fù)合電極11二pH傳感器使用1使用使用時(shí)，常先將pH傳感器加上不銹鋼保護(hù)套，再插入發(fā)酵罐，大多數(shù)pH傳感器都具有溫度補(bǔ)償。由于電極內(nèi)容物會(huì)隨使用時(shí)間和高溫滅菌而不斷變化，因而在每批發(fā)酵滅菌操作前后均需進(jìn)行標(biāo)定，即用標(biāo)準(zhǔn)的pH緩沖液校準(zhǔn)。通常pH測(cè)定范圍為0～14，精度±0.02～0.05，響應(yīng)時(shí)間至少數(shù)十秒，靈敏度0.01。12pH的精確測(cè)量需考慮的條件：溫度溫度影響pH，只有同一溫度下測(cè)量值才能比較。溶液的均一性在懸浮液中，通過(guò)攪拌來(lái)達(dá)到物理化、學(xué)性質(zhì)均一。13工業(yè)pH測(cè)量電極安裝基本原則為電極浸入待測(cè)液中，與液面高度無(wú)關(guān)；安裝在容易拆裝且具代表性的地方；有攪拌的反應(yīng)器，注意安裝位置與攪拌槳的距離等關(guān)系；為了保證玻璃膜總是充滿(mǎn)內(nèi)部緩沖液，電極與水平的夾角不小于15o；內(nèi)有液體電解質(zhì)的電極必須在正壓下操作。14信號(hào)處理信號(hào)具有高阻抗特性，長(zhǎng)電纜易受干擾的影響。解決方法：一般，電纜超過(guò)5m，最好安裝前置放大器，超過(guò)20m時(shí)，必須安裝前置放大器也可采用同軸電纜連接電極，在有強(qiáng)電磁干擾的情況下則應(yīng)使用同軸電纜，同軸電纜保護(hù)層應(yīng)接地。15(1)校準(zhǔn)

發(fā)酵過(guò)程中重新校準(zhǔn)十分困難，必須在使用之前校準(zhǔn)。即將pH電極浸沒(méi)到含一種或多種標(biāo)準(zhǔn)緩沖液中進(jìn)行校準(zhǔn)。pH電極需與發(fā)酵過(guò)程使用的pH計(jì)連接，按常規(guī)校準(zhǔn)方法校準(zhǔn)。16(2)滅菌滅菌有發(fā)酵罐原位滅菌、高壓滅菌鍋單獨(dú)滅菌和使用化學(xué)滅菌。17(3)校準(zhǔn)的檢查滅菌會(huì)使pH傳感器發(fā)生偏移，需再校準(zhǔn)?，F(xiàn)大型的發(fā)酵罐有該類(lèi)無(wú)菌校準(zhǔn)系統(tǒng)。也可無(wú)菌取出發(fā)酵液，在罐外測(cè)其pH，再與發(fā)酵罐上的pH傳感器測(cè)量值進(jìn)行比較進(jìn)行校準(zhǔn)。182維護(hù)(1)電極功能維護(hù)清除污染物，防止老化(高溫等)。避免污染的方法有：經(jīng)常使用適當(dāng)?shù)娜軇_洗電極；如果有固體物質(zhì)沉淀膜表面，則可提高攪拌轉(zhuǎn)速或增大通氣速率來(lái)除去。如含有蛋白質(zhì)的污染物，電極浸入胃蛋白酶溶液或HCl溶液幾小時(shí)；脂類(lèi)等，用丙酮或乙醇沖洗。19(2)電極儲(chǔ)存電極應(yīng)貯存在參考電解液中，如干燥貯存需在參考電解液活化數(shù)小時(shí)才可使用。20三溫度補(bǔ)償溫度主要通過(guò)一下四個(gè)方面影響pH測(cè)量值：溫度影響待測(cè)溶液的離子積溫度影響電極斜率(見(jiàn)能斯特方程)；溫度影響等溫內(nèi)插點(diǎn)位置；溫度影響電極擴(kuò)散相應(yīng)時(shí)間。在實(shí)際測(cè)定時(shí)特別要注意，只有當(dāng)電極標(biāo)定與待測(cè)溶液溫度相同時(shí)才能得到準(zhǔn)確的pH測(cè)量值。213.2溶氧的測(cè)量22一溶氧測(cè)定原理溶氧(DO)影響細(xì)胞的生長(zhǎng)、產(chǎn)物的生成。反應(yīng)器中溶氧的檢測(cè)遠(yuǎn)比溫度等參數(shù)檢測(cè)困難。溶氧檢測(cè)主要有3種方法，均需利用膜將測(cè)定點(diǎn)與發(fā)酵液分離，使用前均需進(jìn)行校準(zhǔn)。導(dǎo)管法；質(zhì)譜電極法；電化學(xué)檢測(cè)法(極譜分析法)。231導(dǎo)管法將惰性氣體通過(guò)滲透性的硅膠蛇管充入反應(yīng)器，氧從發(fā)酵液跨過(guò)管壁擴(kuò)散進(jìn)入管內(nèi)惰性氣流，惰性混合氣體的O2濃度在設(shè)管出口用氧氣分析儀測(cè)定。該法由于管壁對(duì)擴(kuò)散的阻力，響應(yīng)速率較慢，需幾分鐘。此法簡(jiǎn)單,易于進(jìn)行原位滅菌，但校準(zhǔn)時(shí)，由于氧濃度遠(yuǎn)低于液體中與之相平衡的氧濃度，使得惰性氣體的流動(dòng)對(duì)校準(zhǔn)產(chǎn)生很大影響。G1G2O2242質(zhì)譜儀法質(zhì)譜儀電極的膜可將發(fā)酵罐內(nèi)容物與質(zhì)譜儀高真空區(qū)隔開(kāi)。除了溶氧的檢測(cè)外，質(zhì)譜儀和導(dǎo)管法通常可檢測(cè)任何一種可擴(kuò)膜擴(kuò)散的物質(zhì)。253電化學(xué)檢測(cè)法(極譜分析法)26最常用的溶氧檢測(cè)方法是可蒸汽滅菌的電化學(xué)檢測(cè)器。市售電極有電流電極和極譜電極兩種。二者均用膜將電化學(xué)電池與發(fā)酵液隔開(kāi)。對(duì)于溶氧測(cè)定，膜僅對(duì)O2有滲透，對(duì)其它干擾物則不能通過(guò)。其原理是O2通過(guò)滲透膜從發(fā)酵液擴(kuò)散到監(jiān)測(cè)器的電化學(xué)電池，O2在陰極被還原時(shí)產(chǎn)生可被檢測(cè)的電流或電壓，這與O2到達(dá)陰極的速率成比例。發(fā)酵液膜外表面膜內(nèi)表面陰極O2擴(kuò)散跨膜擴(kuò)散電極內(nèi)擴(kuò)散27陰極檢測(cè)到的是O2到達(dá)陰極的速率，取決于它到達(dá)膜表面的速率、跨膜傳遞的速率及它從內(nèi)膜表面?zhèn)鬟f到陰極的速率。忽略傳感器內(nèi)動(dòng)態(tài)效應(yīng)，O2達(dá)到陰極的速率與氧跨膜擴(kuò)散速率、氧擴(kuò)散至膜表面的速率相等，與氧傳質(zhì)總濃度驅(qū)動(dòng)力成比例。假定膜內(nèi)表面O2濃度可有效降為0，則擴(kuò)散速率與發(fā)酵液中溶解氧成正比，陰極測(cè)定的電信號(hào)與發(fā)酵液中溶氧成正比。28二溶氧電極原理工業(yè)發(fā)酵過(guò)程需進(jìn)行高溫滅菌處理，因此測(cè)量溶氧采用耐高溫消毒的帶金屬護(hù)套的玻璃極譜電極。原理如下圖所示，是按照Clark原理設(shè)計(jì)的復(fù)膜電極，復(fù)膜是由聚四氟乙烯膜和聚硅氧烷膜復(fù)合而成，它既有高的氧分子滲透性，又有貯氧作用，可用來(lái)測(cè)量氣體中的氧和溶解氧。包括一個(gè)陰電極(鉑電極)和一個(gè)陽(yáng)電極(銀電極)，兩電極之間通過(guò)電解質(zhì)連接。2912345671陰極，2氣體滲透膜，3外殼，4電解質(zhì)，5陽(yáng)極，6絕緣體，7電解質(zhì)薄膜當(dāng)兩電極之間加一極化電壓(0.6-0.8V)，有氧存在時(shí)，電極上將產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)：陰極：O2+2H2O+4e-→4OH-陽(yáng)極：4Ag+4Cl-→4AgCl+4e-由此可見(jiàn)，在兩電極之間就會(huì)有電流產(chǎn)生30典型的極化曲線見(jiàn)下圖。31當(dāng)極化偏置電壓一定時(shí)，電極極化電流的強(qiáng)弱與溶液中氧的分壓呈線性關(guān)系，根據(jù)Fick定律有：i電極電流，k1

常數(shù)，D膜中氧擴(kuò)散系數(shù)，a膜材料氧濃度，A陰極表面積，X氣體滲透膜厚度，pO2

溶液中氧分壓若電極材料一定，物理特性和尺寸一定，那么k1

、D、a、A、X都確定，則：i=KpO2即電極電流與氧分壓成正比關(guān)系。則可測(cè)定溶液中氧濃度。32由Henry定律可知，溶液中的氧濃度與其分壓成正比CL=pO2aL其中：CL溶氧濃度，pO2氧分壓，aL

溶解度常數(shù)如果aL是常數(shù)，則電極電流信號(hào)可直接轉(zhuǎn)化為溶液。但aL受溫度和溶液組成的變化而改變。因此，用溶氧電極來(lái)測(cè)量發(fā)酵液中氧含量時(shí)，只有當(dāng)罐內(nèi)溫度、壓力及發(fā)酵液組成一定時(shí)才準(zhǔn)確。33三溶氧電極的使用極譜電極在測(cè)量中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度、穩(wěn)定性、溫度漂移特性都比較好，能適應(yīng)工業(yè)發(fā)酵要求。典型電極性能如下：3435對(duì)電極壽命和穩(wěn)定性影響最大的因素是發(fā)酵罐的高溫滅菌。為了消除這種損害，一般采用電極保護(hù)套的方法，將溶氧電極裝在可伸縮的保護(hù)套，滅菌后再推入發(fā)酵罐。電極安裝在發(fā)酵罐中最合適的位置，能準(zhǔn)確反映發(fā)酵液中溶氧的變化，其安裝開(kāi)孔不影響滅菌及留死角。一般安裝在中部偏下，安裝時(shí)要有一定的向下的傾斜角，防止安裝口積液或清洗不到。溶氧電極的使用，需要注意四個(gè)方面：攪拌、溫度、壓力、以及電極校準(zhǔn)。361攪拌的影響由于溶氧電極在工作中存在明顯的電流，自身消耗大量的氧。電極信號(hào)與氧向電極表面?zhèn)鬟f的速率成比例，而氧的速率受到跨膜擴(kuò)散速率控制。這一速率與發(fā)酵液中氧的濃度成比例，其比值取決于總的傳質(zhì)過(guò)程。電極工作一般條件是，氧向膜外表面的傳遞速率很快且不受限制。整個(gè)過(guò)程受跨膜傳遞的限制，比例常數(shù)易維持恒定。故需合理攪拌以滿(mǎn)足工作條件。372溫度的影響溶氧電極的信號(hào)隨溫度升高顯著增強(qiáng)，這是因?yàn)闇囟扔绊懷鯏U(kuò)散速率。因此在使用時(shí)要注意溫度的影響。一些溶氧電極帶有溫度傳感器等儀表，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)溫度補(bǔ)償。在計(jì)算機(jī)控制的發(fā)酵罐，可以通過(guò)軟件利用單獨(dú)的溫度傳感器信號(hào)，自動(dòng)進(jìn)行溶氧補(bǔ)償。383壓力的影響壓力的變化會(huì)影響溶氧電極的讀數(shù)，是因?yàn)樵龃罅税l(fā)酵液中氧分壓。一般是因?yàn)閴侯^的改變(出口濾器或管路壓降產(chǎn)生)。可采用下列方法進(jìn)行校準(zhǔn)：在大氣壓下對(duì)電極進(jìn)行校準(zhǔn)；在預(yù)期的操作壓力下對(duì)電極進(jìn)行校準(zhǔn)；根據(jù)氧分壓或溶氧濃度給出所有結(jié)果，基于校準(zhǔn)條件下的計(jì)算機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)，這些是影響電極響應(yīng)的最直接的參數(shù)。39在對(duì)發(fā)酵罐接種之前需對(duì)溶氧電極進(jìn)行校準(zhǔn)，一般采用線性校準(zhǔn)，包括零點(diǎn)和斜率的調(diào)節(jié)。零點(diǎn)是在向發(fā)酵罐通入大量的N2后進(jìn)行設(shè)定。不用氮?dú)庑ｒ?yàn)則一般在滅菌后立即進(jìn)行(Why?)。斜率、靈敏度和量程校準(zhǔn)，在接種之前通入最大空氣流量，并使攪拌速率設(shè)定在發(fā)酵期間的攪拌速率，等到測(cè)量值顯示穩(wěn)定，校準(zhǔn)該讀數(shù)為100%氧分壓。校準(zhǔn)時(shí)罐壓應(yīng)與發(fā)酵操作壓力相同。4校準(zhǔn)403.3發(fā)酵罐內(nèi)O2與CO2分壓的測(cè)量41一氧分析微生物生長(zhǎng)代謝過(guò)程中要利用氧，微生物的氧利用率(OUR)是生化反應(yīng)過(guò)程的重要參數(shù)，因此，測(cè)量發(fā)酵排出氣體中的氧含量成為研究生物生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成的主要變量。氧濃度的分析測(cè)量主要采用磁風(fēng)式氧分析儀(磁氧分析儀)。原理：利用氧具有極高的磁化特性設(shè)計(jì)而成，當(dāng)氧氣通過(guò)非均勻磁場(chǎng)的作用時(shí)，將會(huì)形成“熱磁對(duì)流”或稱(chēng)“磁風(fēng)”，該磁風(fēng)對(duì)敏感元件產(chǎn)生冷卻作用，利用此進(jìn)行氧濃度的檢測(cè)。42含氧混合氣進(jìn)入測(cè)量環(huán)室，氧氣被磁場(chǎng)吸入水平管。水平管繞有被加熱的鉑電阻絲的電橋線圈a、b，進(jìn)入水平管的氧氣受熱溫度升高，氧的磁化率隨溫度升高而降低，減弱磁場(chǎng)對(duì)氧的吸力。變熱的氧分子不斷被冷卻的氧分子所補(bǔ)充而排出磁場(chǎng)，因此在水平管中形成氧的對(duì)流，“熱磁對(duì)流”，其強(qiáng)度隨混合氣中氧含量變化。對(duì)流強(qiáng)度的改變，使橋臂線圈a、b產(chǎn)生不同程度的冷卻，使橋臂電阻改變，由a、b接至電橋測(cè)量電路，在電橋中產(chǎn)生不平衡電流，電橋兩端輸出不平衡電壓，該電壓信號(hào)與氧含量成正比關(guān)系。43到電橋電路氣體入口氣體出口磁體玻璃管玻璃環(huán)形管ab44二尾氣CO2的檢測(cè)大規(guī)模工業(yè)發(fā)酵的CO2量的測(cè)定具有重要價(jià)值，是發(fā)酵過(guò)程控制中重要在線信息。確定產(chǎn)生的CO2量有助于計(jì)算碳回收。研究發(fā)現(xiàn)生物量生長(zhǎng)率與CO2生成率成線性相關(guān)性，進(jìn)而開(kāi)發(fā)估計(jì)細(xì)胞濃度的模型，由在線檢測(cè)CO2的數(shù)據(jù)估算比生長(zhǎng)速率。45發(fā)酵工業(yè)中常用的尾氣CO2分壓(濃度)檢測(cè)儀為紅外線CO2測(cè)定儀。其檢測(cè)原理：在近紅外波段CO2氣體的吸收造成光強(qiáng)度的衰減，衰減量遵循朗伯-比爾定律，即：lg(I0/I)=aLcCO2式中：I0、I：入射光與衰減后光強(qiáng)度，a：光吸收系數(shù)，L：光通過(guò)氣體的距離，cCO2

：CO2濃度。463.4細(xì)胞濃度的在線測(cè)量的測(cè)量47一菌體濃度的檢測(cè)方法及原理菌體濃度的測(cè)定可分為全細(xì)胞濃度和活細(xì)胞濃度的測(cè)定，前者的測(cè)定方法主要有濕重法、干重法、濁度法、和濕細(xì)胞體積法；后者使用生物發(fā)光法和化學(xué)發(fā)光法，如通過(guò)對(duì)發(fā)酵液中的ATP或NADH進(jìn)行熒光檢測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)活性胞濃度的檢測(cè)。48利用離線檢測(cè)如細(xì)胞干重法、顯微鏡計(jì)數(shù)法。光密度法有時(shí)可實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，其它的在線檢測(cè)包括濁度法、熒光法、粘度、阻抗和產(chǎn)熱等。市售的生物量傳感器多是基于光學(xué)測(cè)量原理制成的，也有一些利用過(guò)濾特性、細(xì)胞引起的懸浮液密度改變，或?qū)щ娦愿淖儭?9應(yīng)用光密度原理的生物量在線檢測(cè)技術(shù)對(duì)球形細(xì)胞有效，檢測(cè)中使用可滅菌的不銹鋼探頭，通過(guò)法蘭將探頭直接插入發(fā)酵罐。市售的OD傳感器基于對(duì)光的透射、反射或散射而實(shí)現(xiàn)測(cè)定。細(xì)菌的波長(zhǎng)在可見(jiàn)光范圍內(nèi)；較大的微生物選在紅外波長(zhǎng)；動(dòng)植物細(xì)胞可用濁度測(cè)定法估計(jì)。隨著波長(zhǎng)下降，基質(zhì)對(duì)光的吸收增強(qiáng)而干擾測(cè)定，常采用綠色濾光器、紅外二極管的處理。1光密度50512電性質(zhì)低無(wú)線電頻率下懸浮液的電容與濃度相關(guān)，該濃度指由極性膜(即完整細(xì)胞)封閉的液體組分中懸浮相的密度。局限：最大可接受的電導(dǎo)率(連續(xù)相的)約24mS/cm，高密度培養(yǎng)時(shí)所用的溶縮培養(yǎng)基容易達(dá)到極限。同時(shí)氣泡在檢測(cè)中會(huì)產(chǎn)生噪聲。52533熱力學(xué)產(chǎn)熱與活細(xì)胞量成比例。厭氧生長(zhǎng)的理論熱力學(xué)推導(dǎo)產(chǎn)熱系數(shù)YQ/O：460kJ/mol。熱通量量熱法適用于大規(guī)模發(fā)酵。54二在線激光濁度計(jì)在線激光濁度計(jì)測(cè)量生物質(zhì)濃度的最大問(wèn)題是發(fā)酵液中的空氣或CO2氣泡對(duì)檢測(cè)測(cè)量信號(hào)的擾動(dòng)，從而影響測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。最簡(jiǎn)單的可實(shí)現(xiàn)的方法：采用合適的線性迭代分析算法來(lái)隨機(jī)處理和分析采樣數(shù)據(jù)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行平滑處理，從而得到生物質(zhì)的干重濃度、比生長(zhǎng)速率等重要信息。檢測(cè)系統(tǒng)如下：生化反應(yīng)器濁度傳感器激光濁度計(jì)數(shù)據(jù)采集接口553.5生物傳感器及其應(yīng)用563.5.1生物傳感器定義將生物體的成份（酶、抗原、抗體、DNA、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為敏感元件的傳感器稱(chēng)為生物傳感器。歷史1962:Clark&Lyon引入生物傳感器的概念1971:Updike&Hickes

構(gòu)建了第一個(gè)生物電極57

生物傳感器的基本組成

敏感元件（分子識(shí)別元件）和信號(hào)轉(zhuǎn)換器件

58生物傳感器的工作原理（1）將化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)已經(jīng)研究的大部分生物傳感器的工作原理均屬這種類(lèi)型。酶?jìng)鞲衅鳎好复呋囟ǖ孜锇l(fā)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生一種新的可供測(cè)量的物質(zhì)，用能把這種物質(zhì)的量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置和固定化的酶相耦合，即為酶?jìng)鞲衅鳌?9（2）

將熱能變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（3）

將光效應(yīng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（4）

直接產(chǎn)生電信號(hào)60611、酶?jìng)鞲衅鞫x酶?jìng)鞲衅魇且粋€(gè)復(fù)合電化學(xué)方法和酶系統(tǒng)的裝置。它能對(duì)待檢測(cè)的物質(zhì)進(jìn)行高度選擇性和敏感性的檢測(cè)。其核心是一個(gè)復(fù)合酶的生物膜電極，利用酶專(zhuān)一性地高效催化待測(cè)物的反應(yīng)，同時(shí)結(jié)合電化學(xué)方法產(chǎn)生能檢測(cè)的電信號(hào)?；驹碓诳刂频臈l件下酶催化的反應(yīng)速度正比于底物的濃度。62檢測(cè)葡萄糖的酶電極結(jié)構(gòu)O2electrodeO-ringSamplesolutionTeflonmembraneGlucoseoxidase-PVCNylonnetAirRecorderO2+GlucoseH2O2+gluconicacid---O2probetomeasureO2concentrationchangeoxidase6364MoreexamplesAnalyteEnzymeSensorGalactose半乳糖Galactose

oxidaseH2O2Ethanol(NADH)AlcoholdehydrogenasePt/FeCN4-Urea尿素

UreaseO2Pyruvate丙酮酸鹽Pyruvate

oxidaseO2CholesterolCholesteroloxidaseH2O2Lactose乳糖-galacttosidase+alcoholoxidaseO2AspartameChenotrypsin+

alcoholoxidase

O2

PenicillinPenicillinasepHL-aminoacidAmino