生物电化学
生物电化学生命科学已经成为最活跃的研究领域之一。将生物学、化学与工程学结合起来，就形成了生物工程学。采用生物工程学方法，不仅可以增加产量，而且可以生产出许多新的品种来。毫无疑问，这种方法已经在农业、医药和工业上取得了引人注目的实际应用。在生物工程学研究领域中，需要对各种各样的生物分子进行分离、鉴定和结构表征，这就要用到各种各样的分析方法。目前，有好几种分离、分析方法已经成为生物工程学的主要研究手段，如电泳法1-4、色谱法5-8、免疫法9-12及各种用于分子结构测量的近代仪器分析方法13-16等。当然，这几种方法还需要不断地加以改进，才能适应生物工程学继续发展的需要。然而另一方面，电分析化学对于解决生物工程学方面的问题，目前尚显得软弱无力。可是，正是这种新的挑战，开拓了电分析化学的一个新的生长点——生物电分析化学。
生物体系是一个十分复杂的体系。各种生物组分的分子量相差极大，而许多组分的含量极微。此外，不少生物组分没有电化学活性；蛋白质等大分子化合物由于吸附作用对测定产生干扰等。所有这些因素，对电分析化学方法都是极为不利的。尽管如此，电分析化学方法在生物体系的研究中已经取得了可喜的成果。生物电分析化学的研究内容和方法都是非常丰富的。现有的各种电分析化学技术，在生物体系的研究中都是有用的。不过，将生物学中的一些方法（如免疫法、酶技术等）与电化学结合起来，对于解决生物电分析化学中的问题，可能是更为有效的途径。
一、伏安分析在生命科学中的应用：伏安分析具有灵敏度高、分析对象广、操作简便快速、不需要昂贵仪器等一系列优点。近年来，把现代伏安技术引入生命科学和医学领域已成为研究的热点。特别是在医学临床分析中，直接采用伏安法测定人体内各种微量的无机和有机物质，已经取得了显着的效果并获得了广泛的应用。
1、人体微量元素的测定：调查儿童微量元素的含量并对其分析17。采用微量元素分析仅(溶出伏安法)测定手指全血中微量元素钙、缺、铜、锌、镁、铅含量.结果 926例儿童中,缺锌%)和缺钙%)分别占第1位和第2位,男、女儿童间微量元素含量差异无统计学意义(P>,不同年龄组儿童锌、钙含量差异显着(P<,锌含量随年龄增长呈上升趋势;钙含量随年龄的增长而逐步降低;不同年龄组铁、铜、镁含量无显着差异(P>。用茜素红S／多壁碳纳米管修饰碳糊电极，提出了一种灵敏的溶出伏安法测定痕量铜的新方法18。应用于人发中铜含量的测定，回收率为98％～102％。在极谱分析仪上采用二阶导数线性扫描伏安法进行分析，在
0．1moL／L的HAc-NaAc缓冲溶液（pH4．1）中，Cu与修饰电极表面的茜素红S（ARS）形成Cu（Ⅱ）。ARS络合物而富集于电极表面，于-400mV 处还原后，再进行阳极化扫描，于64mV处获得一灵敏的铜的阳极溶出峰，峰电流与Cu（Ⅱ）浓度在2×10-11mol／L～6×10-7mol／L范围内呈良好的线性关系，检出限（S／N=3）为8．0×10-12mol／L（富集时间240s）。可以预计，在不久的将来，随着方法和仪器的改进，伏安技术将为人体内元素的形态和价态研究提供更多的重要信息，在生命科学中发挥更大的作用。
2、人体体液中药物的测定：测定人体内药物及其代谢产物是当前生物分析领域中最具有挑战性的课题之一。了解药物在体液的分布和浓度，就可以使用最小剂量，获得最佳效果，对医、药学研究，疾病治疗，维护人类健康具有重要意义。采用伏安技术测定体液中药物的研究已有很多报道。Helfrick等人采用微分脉冲伏安法考察了两种核苷类抗病毒药物阿昔洛韦(aciclovir)和喷昔洛韦(peneielovir)在乙二胺修饰的玻碳电极上的电化学行为及其在代谢血样中的同时测定19。在pH 2．56的Britton—Robinson缓冲溶液中，阿昔洛韦和喷昔洛韦在乙二胺修饰的玻碳电极上均有一灵敏的不可逆氧化峰，峰电位分别为1．20和1．17 V。在优化的实验条件下，阿昔洛韦和喷昔洛韦分别在0．20~4．0 mg／L 和0．02～0．40 mg／L浓度范围内与峰电流呈线性关系，其检出限分别为77和12 g／L。Molina等人用循环伏安法、示差脉冲伏安法和紫外光谱法研究了抗癌药物6-巯基嘌呤与DNA的相互作用20。Menshykau等21用直流伏安法（DCV）、微分脉冲伏安法（DPV）和循环伏安法（CV）在玻璃电极（GCE）上研究了依沙吖啶（EAD）在不同介质中的阳极伏安行为，发现在0．1mol/L氢氧化钠溶液中于0．38V（AgCl)左右产生一个良好的阳极氧化峰，浓度在0．05－80mg/L之间与其峰电流呈线性关系，用本法不需要分离，可直接测定药物制剂和加标尿样，RSD为1．4％－2．7％(n=10)。尿样中EAD的回收率为89％－95％。Beasley等22采用循环伏安法（CV），线性扫描伏安法（LSV）、常规脉冲伏安法（NPV），Osteryoung方波伏安法（OS－WV）和计时库仑法（CC）等电化学技术研究了抗癌药物8－氮鸟嘌呤（8－AG）在活化玻碳电极（AGCE）上的阳极伏安行为。该方法用于模拟尿样中8－AG的测定，结果令人满意。
3、生命体中核酸等生化物质的测定：Mohan等23用循环伏安法对合成的硝基吖啶酮（NACR）的电化学行为进行研究，建立硝基吖啶酮差示脉冲伏安法测定核酸的新方法。该法已用于实际样品DNA的测定，故硝基吖啶酮有望成为一种新型的生物小分子电化学探针。Oliveira等24以玻碳电极为基体，制备了单壁碳纳米管复合聚吖啶橙（SWNTs／POAO）修饰电极。此电极结合纳米材料电催化特性和吖啶橙聚合物薄膜的分子识别能力，以脱氧核糖核酸（DNA）分子中的碱基对为探针，研究了DNA中碱基对的电化学行为。该电极对腺嘌呤（ADE）、鸟嘌呤（GUA）、胞嘧啶（CYT）和胸腺嘧啶（THY）都表现了良好的电催化性，嘌呤碱和嘧啶碱的氧化峰能够完全分离。Wang等25以乙二胺为手臂分子制备的DNA修饰电极及其伏安性能。Chen等26研究了单链ＤＮＡ分子在石墨电上的固定方法，采用核酸分子杂交技术，使具有电化学活性的米托蒽酯嵌入ＤＮＡ分子双螺旋结构的碱基对中，在电极上形成ｄｓＤＮＡ－ＭＳ层，通过伏安法研究ＤＮＡ分子和ＭＸ相互作用的电化学行为。Molina等27提出了一种以红四氮唑（TTC）作为嵌合剂，采用石墨修饰电极监测核酸杂交过程和测定特定DNA片段的灵敏的电化学方法。TTC具有背景电流低，电活性强和对双链DNA（dsDNA)选择性好等一系列优点，可在石墨电极表面形成dsDNA－TTC层。在电化学测定中，TTC的还原电流与靶DNA浓度具有良好的线性关系，对DNA的检测限可低达6×10-11mol/L。
二、电化学生物传感器：是将生物化学反应能转换为电信号的一种装置。重要的生物电化学传感器有酶传感器、细菌传感器、组织传感器以及免疫传感器等。
1、酶传感器：酶传感器是将对被测底物具有选择性响应的酶层固定在离子选择性电极表面上而制成。待测底物是各种有机物。它们在酶的催化作用下，生成或消耗某些能被电极所检测的催化产物，根据电极对催化产物的响应，即可测得产物的浓度。血糖和尿糖的检查，是临床上常规化验项目之一。它对于糖尿病的诊断和治疗十分重要。用于测定葡萄糖的酶传感器28-32所基于的生物化学反应是：
葡萄糖+氧气→葡萄糖酸+过氧化氢
可见氧的消耗量或过氧化氢的生成量，与待测葡萄糖含量有关。所以，通过采用电极法测得过氧化氢的生成量或氧的消耗量之后，就可测得体液中葡萄糖的含量。这种方法可在30秒内得到分析结果。
Liu等33通过使用带正电荷的ZnO溶胶-凝胶在玻碳电极表面固定酶，研制了一种简单有效的酪氨酸酶传感器。结果表明，ZnO溶胶-凝胶的等电点为酪氨酸酶的固定提供了有利的微环境，酪氨酸酶能很好地保持其生物活性。所研制的传感器达到95％稳定状态电流的时间在10s以内。Dai等34综述了检测有机磷农药电流型胆碱酯酶（AChE）传感器的研究概况，对胆碱酯酶的固定化技术，工作电极的种类以及电化学修饰进行了探讨，并就其发展前景进行了展望。该文指出电流型AChE生物传感器在环境检测方面灵敏实用，在监测有机磷和氨基甲酸酯类农药方面取得了很大的进步。但是在在线分析应用上，AChE传感器仍然存在着选择性低、酶电极重复使用率低、成本高、检测过程仍较繁琐、制备的生物传感器稳定性也不太好等缺点。随着酶失活理论的深入研究以及新型固定化材料和电极修饰材料的不断涌现，以上问题必然会得到充分的解决。
2、组织传感器：组织传感器是以动植物组织薄片中的生物催化层与基础敏感膜电极结合而成。是利用动植物组织中的酶作为反应的催化剂，所以组织电极是酶电极的衍生型电极，其工作原理类似酶电极。组织电极与酶电极比较具有如下方面的优点：首先：组织电极中酶活性比酶电极所用的离析酶的活性高。这是因为天然动植物组织中除酶分子以外，还存在辅酶及酶促反应的其它必要成分，在组织内，酶促反应处于最佳环境之中，能保存与诱导酶的催化活性。第二，酶的稳
定性增强。因为组织中的酶除了处于最适宜的环境，同时又相当于被固定化了，酶不易流失。利用霉变玉米胚组织研制了对二甲基亚硝胺、二乙基亚硝胺和甲基苄基亚硝胺等选择性响应的新型组织传感器35。有人研制了厚叶景天36、仙人球37、月季花瓣38、苹果39、莴苣40，41等组织传感器。Ahmed等用香蕉皮丙酮粉浆组织传感器测定尿中草酸含量42。
3、微生物传感器：微生物传感器分为两类，一类是利用微生物在同化底物时消耗氧的呼吸作用，另一类是利用不同的微生物含有不同的酶。在水质评价过程中，生化需氧量（BOD）是一种广泛采用的表征有机污染程度的综合性指标。在水体监测和污水处理的运行控制中，也是最常用、最重要的指标之一。生化需氧量传统测定法为稀释接种法，检测周期长，操作繁琐，不能及时反映水质状况和反馈处理信息。有人43-48将微生物传感器BOD测定法在运用水环境监测中。Sun等49用微生物传感器法测定甲醇的研究，从生产甲醇的工厂周围采集土样，分离筛选出一种以甲醇为唯一碳源和能源的微生物，将其固定化后，与氧电极组合制成甲同生物传感器，用组装的实验装置测定了该感器对甲醇和一些相关物质的响应性能，以及影响响应性能因素的影响情况，确定了实验条件，
用本方法和气相色谱法对照测定生产使用甲醇的车间空气和废水中甲醇含量，其结果具有可比性。Tremblay等50以白地霉菌为甘油三酯水解反应的酶源，采用ｐＨ玻璃电极为基础电极研制成甘油三酯微生物传感器，对细菌的筛选和培养条件，传感器制作方法和传感器的响应性能进行了研究，在２８℃时，选择磷酸盐缓冲溶液（ｐＨ７．５）为测量介质，测得所制传感器对甘油三酯的响应线性范围为３．９４×１０－６～１．９１×１０－３ｍｏｌ／Ｌ，响应斜率为：３７．４ｍＶ／ｄｅｃ响应时间为：５～１５ｍｉｎ，使用寿命可达２８ｄ。
4、免疫传感器：抗体对相应的抗原具有识别和结合的双重功能，在与抗原结合时，选择性强，灵敏度高。免疫传感器就是利用其双重功能将抗体或抗原和换能器组合而成的装置。Veetil等51合成了一种新型的SiO2-亚甲基蓝（SiO2-MB）纳米复合物。SiO2-MB纳米复合物具有不同于一般的纳米SiO2的性质，它能将MB的电子转移到电极表面，而且更重要的是减小了MB的渗漏。SiO2-MB纳米复合物作为免疫传感器的媒介体使用，并采用壳聚糖（CS）包埋此复合物形成CS-SiO2-MB复合膜滴涂于洁净的玻碳电极（GCE）表面，然后在复合膜的表面固定纳米金（nano-Au）并吸附癌胚抗体（anti-CEA），制备出了性能良好的电流型免疫传感器。通过循环伏安考察了电极的电化学特性，并采用透射电子显微镜（TEM）对
SiO2-MB纳米复合物的微观结构进行了表征。在最优条件下，该传感器在癌胚抗原（CEA）浓度为1．80ng／mL范围内有良好的线性关系，检测下限为0．3ng／mL（3倍信噪比）。而且，该传感器制作简单，检测快速，稳定性较好。Katz等52将兔布氏杆菌抗原包埋在石墨，石蜡基质中制备了测定兔布氏杆菌抗体的电化学酶联免疫传感器，该传感器测定兔布氏杆
菌抗体的线性范围为3×10-4～1．65×10-2g／L；检出限为1×10-4g／L；RSD为4．6％。本方法制备免疫传感器的电化学性能稳定，抗原活性保持良好。
生物传感器的研究日新月异，并趋向微型化、集成化和智能化，在临床、食品、环境、生化工业甚至机器人等方面53-58都将用到。但生物传感器在制造工艺上较难，并且由于使用的材料是有生命活性的酶等，其寿命常受环境中各种有害气体以及微生物的侵袭而失活，有些酶甚至一旦离开了生物活体，其寿命就大大降低，因此，要制备廉价而又长寿的传感器的确是很不容易的。但随着科学技术的高度发展，适用于各种需要的生物传感器，一定会不断地制造出来。生物传感器应用的稳定性及寿命将是其今后进一步研究的课题59。
三、色谱和流动体系的电化学检测器：
1、液相色谱电化学检测器：自从七十年代开始，高效液相色谱法(HPIC)已成功地用于维生素c的测定，该方法无论从分离还是检测上来说，都比其他方法优越。高效液相色谱不仅操作简便，分离时间短，对结构不稳定的Vc，尤为适合。所以，对测定植物、药片、食品及其他物质中的维生素c有重大意义60。Watanabe等用于高效液相色谱电化学检测器的新型碳纤维电极研究61。高效液相色谱一电化学检测器(HPLC-EC)检测生物胺具有灵敏度高、专一性好的特点，已广泛用于生物组织体液中单胺及其代谢产物的测定。Luo等62双柱双泵高效液相色谱电化学检测器测定大鼠脑中生物胺及其代谢产物。此色谱系统把样品前处理柱放到色谱线上，使生物样品去杂质、富集成分和色谱分析一次连续进行，方法操作简便，回收率高.可以进较大的样品量，因而相对灵敏度明显提高。
2、临床自动分析仪电化学检测器：儿茶酚胺类物质属于神经单胺递质，其含量的变化与人和动物机体的各种应激状态及许多疾病有关。对其进行准确的检测一直是药物学、临床医学等领域中重要的研究方向。Cheng等63提出离子色谱电化学法，以Dionex500色谱仪配电化学检测器，使用CG12预处理柱连接CS12分离柱的系统进行测定，具有简单快速、灵敏度高，选择性好，样品处理简单的特点，对人体尿样进行测定，有较好的回收率。Gilinsky等64采用带脉冲电化学检测器的高压液相离子色谱仪，层析系统由GP40梯度泵和ED40电化学检测器组成。测量电极为金电极，Ag-AgCl为参比电极。分离柱为CarboPac-PAI阴离子柱。流动相A 为0．1mol／LNaOH，流动相B为0．5mol／LAcNa／0．1mol／LNaOH。该方法灵敏度高，取血量少，可以作为临床研究和检验的方法。Cerqueira 等65阴离子交换色谱-积分脉冲安培法测定鱼粉和玉米粉水解液中氨基酸。结果良好。对玉米粉和鱼粉水解液标准加入的回收率分别在81．9％—108．0％和90．0％～108．0％之间。
3、毛细管电泳电化学检测器：高效毛细管电泳(HPCE)作为一种高效液相分离技术，已引起分析化学家和生物化学家的普遍重视。Cerqueira 等66提出了一种用于高效毛细管电泳的新型安培电化学检测器设计，使用Ｎａｆｉｏｎ溶液制作的ＨＰＣＥ／ＥＤ接口，可有效地隔开两化学系统的干扰，且不引入附加体积，经对有机酚类化合物的胶束电动毛细管色谱分离与电化学检测知，该系统性能优良，对对苯二酚的检出限为３０ａｍｏｌ。在对四种酚化合物分离与检测时，注重了检测限。结果表明，检测器有很高的灵敏度，接口构思巧妙，制作工艺易掌握，性能优良，系统构造简单，便于实验室自装。
生物电化学是在科学与技术综合化发展进程中产生的交叉学科,它的
发展得益于多学科、多专业的分工合作,同时又对相关学科的持续发展具有推动作用。作为分析仪器的核心,生物电化学在工农业生产、医疗卫生、环保事业等领域得到了广泛应用,有利于经济与社会的可持续发展
67-70。
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69、Peng, Y.; Ye, J.; Kong, J.J. Agric. Food Chem., 2005, 53, 8141–8147
70、Wilke, R.; Büttgenbach, S. Biosensors and Bioelectronics, 2003, 19,
149-153
国内外有关生物电化学的书籍
1、电化学与生物传感器 张学记化学工业出版社（2009-7-1） 目录：第1章 NO电化学传感器 第2章农药生物传感器 第3章葡萄糖电化学生物传感器 第4章离子选择性电极的新进展 第5章电化学免疫分析及免疫传感器研究进展 第6章超氧化物电化学及生物传感器：原理、进展及应用 第7章场效应器件检测带电大分子：可行性和局限性第8章生物样品中H2S产物的电化学传感器 第9章免疫传感器的最新进展 第10章用于体内pH测定的微电极 第11章生物芯片——原理与应用 第12章生物燃料电池 第13章基于电活性无机多晶体的化学及生物传感器 第14章基于纳米粒子的生物传感器和生物分析 第15章基于碳纳米管的电化学传感器 第16章基于溶胶?凝胶材料固定生物分子的生物传感器 第17章基于蛋白质直接电子转移的生物传感器 2、医学生物电化学方法 考利达吉林人民出版社（1983-06） 3、龋病与生物电和自由基 黄力子第四军医大学出版社; 第1版 (2003年1月1日) 目录：第一篇龋病发病机理的生物电化学理论的提出 第二篇电化学人工龋模型的建立及其意义 第三篇龋病发病机量与自由基 4、生物电分析化学 金文睿汪乃兴彭图治赵昕山东大学出版社（1994-10）
1、Modern Bioelectrochemistry Gutmann, Felix、 Keyzer, Hendrik Springer-Verlag New York Inc. (2012-03) 2、Bioelectrochemistry: Fundamentals, Experimental Techniques and Applications P. N. Bartlett WileyBlackwell (2008-06) 3、Elsevier Science E. Palecek(2006-02) 4、Bioelectrochemistry: Charge Separation Across Biomembranes - Proceedings of the Nineteenth Course of the International School of Biophysics, Held in Erice, Italy, Novemeber 13-18, 1988 No. 3 Blank, Martin、 Milazzo, Giulio Kluwer Academic/Plenum Publishers (1991-01) 5、生物电化学：生物氧化还原反应 6、（意）[米拉佐]https://www.wendangku.net/doc/4c2384675.html,azzo，（美）[布兰克]Martin Blank合编；肖科等 译天津科学技术出版社（1990） 目录：第1章生物电化学和生物能学 第2章进行氧化还原反应的一般准则 第3章光合作用——选题 第4章生物酶氧化还原反应的能力学 第5章生物电化学的动力学：在电极上和溶液中的光氧化还原反应 第6章生物电化学中现代伏安方法的应用 7、生物电化学系统:从胞外电子传递到生物技术应用（Bioelectrochemical systems : from extracellular electron transfer to biotechnological application） [比] 瑞贝（KorneelRabaey），等著。王爱杰、任南琪、陶虎春等译科学出版社 (2012-06) 目录：第1章生物电化学系统：面向环境和工业生物技术的新方法第2章微生物利用生物质产能 第3章酶燃料电池及其与BES／MFC的互补关系 第4章基于可溶性化合物的电子穿梭 第5章从微生物到电子活性表面的直接电子传递 第6章生物电化学系统中的基因改造微生物 第7章电化学损失 第8章分析生物电化学系统的电化学方法 第9章生物电化学系统中的材料 第10章影响BES性能的技术因素及规模化的瓶颈 第11章有机物氧化 第12章生物电化学系统中硫化物的转化 第13章生物电化学系统中的化学催化阴极 第14章反应器中的生物电化学还原
我国电化学生物传感器的研究进展.
第12卷第6期重庆科技学院学报(自然科学版2010年12月 收稿日期:2010-07-20 基金项目:重庆市教委科学技术研究资助项目(KJ101315 作者简介:刘艳(1968-,女,四川乐山人,副教授,研究方向为电化学传感器。 在生命科学研究和医学临床检验中,需对各种各样的生物大分子进行选择性测定。据统计,全世界每年要进行数亿次免疫学和遗传学病理检验。常用的检验小型化分析装置和检测方法,成为目前现代分析化学研究领域的前沿课题。 1962年,Clark 提出将生物和传感器联用的设 想,并制得一种新型分析装置“酶电极”。这为生命科学打开一扇新的大门,酶电极也成为发展最早的一类生物传感器。生物传感器结合具有分子识别作用的生物体成分(酶、微生物、动植物组织切片、抗原和抗体、核酸或生物体本身(细胞、细胞器、组织作为敏感元件与理化换能器,能产生间断的或连续的信号,信号强度与被分析物浓度成比例。 电化学生物传感器是将生物活性材料(敏感元件与电化学换能器(即电化学电极结合起来组成的生物传感器。当前,电化学生物传感器技术已在环境监测、临床检验、食品和药物分析、生化分析[2-4]等研究中有着广泛的应用。本文在此综述电化学生物传感器的工作原理、分类及几个当今研究的热点。 1 电化学生物传感器概述 1.1 电化学生物传感器的原理 电化学生物传感器是将生物活性材料(敏感元
件与电化学换能器(即电化学电极结合起来组成的生物传感器。当电化学池中溶液的化学成分变化时,电极上流过的电流或电极表面与溶液的电势差会随之发生变化,这样通过测定电流或电势的 变化就可以获取溶液成分或相应的化学反应的变化信息。 电化学生物传感器是在上述电化学传感器原理的基础上,以具有生物活性的物质作为识别元件,通过特定反应使被测成分消耗或产生相应化学计量数的电活性物质,从而将被测成分的浓度或活度变化转换成与其相关的电活性物质的浓度变化,并通过电极获取电流或电位信息,最后实现特定物质的检测。如图1所示,这类传感器中使用的生物活性材料包括酶、微生物、细胞、组织、抗体、抗原等等。 图1电化学生物传感器的工作原理 1.2电化学生物传感器的类别 生物传感器主要包括生物敏感膜和换能器两部 分。按照敏感元件所用生物材料的不同,电化学生物传感器分为酶电极传感器、微生物电极传感器、电化学免疫传感器、组织电极与细胞器电极传感器、电化学DNA 传感器等,其中酶电极由于其高效、专一、反应条件温和且具有化学放大作用而成为电化学生物传感器的研究主流。 按照检测信号的不同,电化学生物传感器可分 我国电化学生物传感器的研究进展 刘 艳 (长江师范学院,重庆408100 摘
第十二章 电化学在生物和医学中的应用
第十二章电化学在生物和医学中的应用 第一节生物电化学的研究内容 生命现象最基本的过程是电荷运动。生物电的起因可归结为细胞膜内外两侧的电位差人和动物的代谢作用以及各种生理现象，处处都有电流和电位的变化产生。人或其它动物的肌肉运动、大脑的信息传递以及细胞膜的结构与功能机制等无不涉及电化学过程的作用。细胞的代谢作用可以借用电化学中的燃料电池的氧化和还原过程来模拟；生物电池是利用电化学方法模拟细胞功能；生物电化学是在20世纪70年代初由电生物学、生物物理学、生物化学、电生理及电化学等多门学科交叉形成的独立学科，其主要研究内容如下： 1．生物分子电化学 利用近代电化学技术模拟生物分子在生命活动过程的作用和变化。生物体内进行的化学反应绝大部分是氧化还原反应，它们本身的电子传递机理及它们所构成的物质和能量代谢链的电子传递机理，正在利用电化学理论和研究技术有效地进行研究。 2．生物电催化 生物电催化是研究酶对生物体系中电化学反应催化作用，其研究内容主要有酶的结构和性能；酶促反应机理；酶固定化方法；在电极一电解质界面酶的电化学行为和氧化还原反应机理；酶促反应同电化学反应的关联方法，尤其是酶在固定化电子递体或促进剂的电极上的电催化作用；酶电催化的应用，尤其是酶作为专一性电化学传感器一酶在能源转换和存储中的应用。 3．光合作用 光合作用实际上是所有生命过程所需能量的最初来源。光合作用敏化剂叶绿素分子的激发态，激发态的反应、能量转换过程及模型，初级电荷分离及其后的二级反应，等，都可以利用电化学方法研究，光合作用的各个步骤也可能利用电化学系统来模拟。 4．活组织电化学
利用对离子和氧化还原反应敏感的染料作指示剂可以间接测定细菌的电位和离 子浓度，以探测细胞中的离子行为。微生物电化学有重要的应用，例如微生物燃料电池，利用电化学技术杀死微生物以净化水等。 5．生物技术中的电化学技术 研制生物电极，包括微电极、酶电极和微生物电极等，研究它们在生物技术、医学和其他领域中的应用。电化学为电生理学，例如跨膜电位的测定、兴奋细胞的刺激、膜电位的控制、离子电渗疗法、脑电图、肌动电流图、心电图的研究提供了基础。通过电流流过细胞描摹来修饰细胞，利用电脉冲进行细胞膜打孔、细胞电融合和电打孔基因摄取，这些电生物学技术离不开电化学原理。 第二节生物体的电现象 一、脑波、心电和筋电 生物电化学已经涉及到不同领域的生物学问题，主要是：①在生物体内进行的绝大部分化学反应都是氧还原反应，例如为生命需要(营养、组织生长、再生、废物排泻)进行的新陈代谢。②光合作用，包括吸收分子的电子激发过程、膜上产生的电子和质子转移过程和代谢化学反应。③膜现象几乎完全控制着离子和分子等物质从活细胞外部向内部或反方向的传输，离子有方向性的运动造成了跨膜电位差，调节着一系列的物质运输。④生物体所需的信息过程几乎都是通过电信号方式发生的，出现一系列电生理现象，包括视觉、动作、痛觉、热刺激、饥饿和干渴感等等。⑤用一定周期和幅度的适当电脉冲在膜中生成微孔，使物质更容易跨膜转移，有可能实现细胞融合和基因摄取。⑥生物电化学方法对各种疾病的治疗，涉及生物传感器、燃料电池、人工器脏、电刺激和电麻醉、食品控制、环境保护等多方面的应用。现在首先了解生物体的电现象及有关的实验技术。 二、细胞膜电位和刺激传递 1．微电极 两个显著的特点：①电极响应速度相当快(RC<”s)，在扫描伏安测量中，扫描速度高达2×104 V‘。～，比常规电极快3个数量级。②极化电流甚微，一般为毫微安(，甚至可低到微微安(pA)的数量级；欧姆电位降很小，故可采用双电极
微生物电化学测试系统技术参数
微生物电化学测试系统技术参数 1. 工作条件 1.1 电源：220V，50Hz； 1.2 仪器运行的持久性：仪器可连续正常运行； 1.3 工作条件及安全性要求符合中国及国际有关标准或规定。 2. 电化学测试系统 2.1 系统组成：电化学工作站主机1台、软件1套、电极线等配件若干； 2.3 槽压：±30V；施加电位：±10 V； 2.4 电位精度：±0.2%； 2.5 电位分辨率：0.3μV； 2.6 ★最大输出电流：±2A；最小电流1nA；可扩展到20A； 2.7 施加及测量电流精度：全量程±0.2%； 2.8 ★输入偏置电流：<1 pA；ECD最小电流分辨率：0.3fA（硬件测量），测试可自动扣除背景基线电流。 2.9 ★交流阻抗硬件输出频率范围：10μHz-32MHz；1Ω的样品在1Hz下的阻抗测量精度（阻抗精度图）：0.3%；频率信号类型：单正弦波、五正弦波、十五正弦波； 2.10 阻抗模块除进行常规的交流阻抗测试外，可以调制外部信号，进行EHD，IMPS，IMVS测试。 2.11 仪器可扩BA双恒电位仪功能，能同时测试两个工作电极，共用辅助和参比。 2.12 仪器接口：USB；电极连接方式：2，3，4电极； 3. 微生物电解池 3.1 定制电解池； 3.2 预留测试窗口，微生物可直接在池内生长，直接进行电化学测试； 3.3 带通气口和出气口； 3.4 含定制的参比电极及辅助电极； 4. 电化学软件 4.1 软件可自由安装在任意一台计算机上并可脱机运行，用户可用其对测得的数据进行离线分析； 4.2 ★软件可以与第三方设备联用，如控制旋转圆盘电极转速、恒温槽，红外、紫外等；阻抗拟合软件最好具有最新开发的模型，以便能对数据进行深入解析。 4.3 软件支持修改内置标准测试方法，支持组合测试，支持用户创建自己的测试方法；软件兼容并支持LabView，VB等软件的控制，支持软件的二次开发。 5. 技术服务与售后要求 5.1 ★仪器厂家在湖北设有办事处，有售后工作服务人员；
纳米电化学生物传感器重点
收稿:2008年3月, 收修改稿:2008年8月 *深圳大学科研启动基金项目(No. 200818 资助**通讯联系人 e 2mail:yang hp@https://www.wendangku.net/doc/4c2384675.html,. cn 纳米电化学生物传感器 * 杨海朋 ** 陈仕国李春辉陈东成戈早川 (深圳大学材料学院深圳市特种功能材料重点实验室深圳518060 摘要纳米电化学生物传感器是将纳米材料作为一种新型的生物传感介质, 与特异性分子识别物质如酶、抗原P 抗体、D NA 等相结合, 并以电化学信号为检测信 号的分析器件。本文简要介绍了生物传感器的分类和纳米材料在电化学生物传感器中的应用及其优势, 综述了近年来各类纳米电化学生物传感器在生物检测方面的研究进展, 包括纳米颗粒生物传感器, 纳米管、纳米棒、纳米纤维与纳米线生物传感器, 以及纳米片与纳米阵列生物传感器等。 关键词生物传感器电化学传感器纳米材料生物活性物质固定化 中图分类号:O65711; TP21213 文献标识码:A 文章编号:10052281X(2009 0120210207 Nanomaterials Based Electrochemical Biosensors Y ang Haipeng **
Chen Shiguo Li Chunhui Chen Dongche ng Ge Zaochuan (Shenzhen Key Laboratory of Special Functional M aterials, College of Materials Science and Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China Abstract Biosensors w hich utilize immobilized bioac tive compounds (such as enz ymes, antigen, antibody, D N A, etc. f or the c onversion of the target analytes into electroc he mically detectable products is one of the most widely used detection methods and have become an area of wide ranging research activity. The advances in biocompatible nano technology make it possible to develop ne w biosensors. A variety of biosensors with high sensitivity and excellent reproducibility based on nano technology have been reported in recent years. In this paper, the development of the researches on nano amperometric biosensors, one of the most important branches of biosensors, is revie wed. Nanoscale architectures here involve nano 2particles, nano 2wires and nano 2rods, nano 2sheet, nano 2array, and carbon nanotube, etc. Remarkable sensitivity and stability have been achieved by coupling immobilized bioactive compounds and these nanomaterials. Key words biosensors; electroche mistry sensors; nanomaterials; bioactive compounds; immobiliz ation Contents 1 Introduction to biosensors 2 Nanomaterials based electrochemical biosensors 2. 1 Challenges and developments of biosensors 2. 2 Introduction of nanomaterials 2. 3 Nanomaterials based electrochemical biosensors 2. 3. 1 Nano particles based electrochemical biosensors
DNA电化学生物传感器的研究进展
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DNA电化学生物传感器的研究进展 作者：张爱春， 周存， ZHANG Ai-chun， ZHOU Cun 作者单位：张爱春,ZHANG Ai-chun(天津工业大学,材料科学与工程学院,天津,300160)， 周存,ZHOU Cun(天津工业大学,材料科学与工程学院,天津,300160;天津纺织纤维界面处理工程中心,天 津,300160) 刊名： 天津工业大学学报 英文刊名：JOURNAL OF TIANJIN POLYTECHNIC UNIVERSITY 年，卷(期)：2010,29(3) 被引用次数：2次 参考文献(38条) 1.LI Feng;CHEN Wei;ZHANG Shusheng Development of DNA electrochemical biosensor based on covalent immobilization of probe DNA by direct coupling of sol-gel and self-assembly technologies[外文期刊] 2008(04) 2.黄强;刘红英;方宾电化学DNA生物传感器研究的应用前景[期刊论文]-化学进展 2009(05) 3.LI Feng;CHEN Wei;ZHANG Shusheng A simple strategy of probe DNA immobilization by diazotization-coupling on selfassembled 4-aminothiophenol for DNA electrochemical biosensor[外文期刊] 2009(07) 4.赵元弟;庞代文;王宗礼电化学脱氧核糖核酸传感器 1996(03) 5.杨海朋;陈仕国;李春辉纳米电化学生物传感器[期刊论文]-化学进展 2009(01) 6.项纯谈纳米材料修饰电极在生物电化学中的应用[期刊论文]-中国新技术新产品 2009(09) 7.PIVIDORI M I;MERKOCI A;ALEGRET S Electrochemical genosensor design:immobilisation of oligonucleotides onto transducer surfaces and detection methods[外文期刊] 2000(516) 8.任勇DNA探针在固体电极上的固定以及对转基因植物产品的检测[学位论文] 2006 9.LUCARELLI F;MARRAZZAG;TURNERA PF Carbon and sold electrodes as electrochemical transducers for DNA hybfidisation sensors[外文期刊] 2004(06) 10.XU C;CAIH;HEP Characterization of single-stranded DNA on chitosan-modified electrode and its application to the sepuence-specific DNA detection[外文期刊] 2001(05) 11.DELL A D;Tombelli S;Minunni M Detection of clinically relevant point mutations by a novel piezoelectric biosensor[外文期刊] 2006(10) 12.ZHU N N;ZHANGA P;WANGQ J Electrochemical detection of DNA hybridization using methylene blue and electro-deposited zireonia thin films on gold electrodes[外文期刊] 2004(02) 13.ZHANG D;CHEN Y;CHEN H Y Silica-nanoparticle-based interface for the enhanced immobilization and sequence-specific detection of DNA 2004(7/8) 14.张怀;张云怀;李静DNA共价修饰单壁碳纳米管电极的制备及与VB6相互作用的研究[期刊论文]-分析测试学报2008(08) 15.WROBLE N;DEININGER W;HEGEMANN P Covalent immobilization of oligonucleotides on electrodes[外文期刊] 2003(02) 16.KERMAN K;DILSAT O;PINAR K Voltammetric detection of DNA hybridization using methylene blue and selfassembled alkanethiol monolayer on gold eletrodes[外文期刊] 2002(01) 17.周家宏;杨辉;邢巍一个制备脱氧核苷酸修饰电极的简便方法[期刊论文]-应用化学 2001(07) 18.郝青丽;王安子;程荣恩金电极上巯基修饰单链DNA对[Fe(CN)6]3-/4-的电催化作用[期刊论文]-南京理工大学学
生物电化学系统中微生物电子传递的研究进展
Development of Energy Science November 2014, Volume 2, Issue 4, PP.39-46 Research Advances in Microbial Electron Transfer of Bio-electrochemical System Yunshu Zhang, Qingliang Zhao #, Wei Li School of Municipal and Environmental Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China #Email: qlzhao@https://www.wendangku.net/doc/4c2384675.html, Abstract Bio-electrochemical system (BES) was an emerging biomass-energy recovery technology based on electricigens electron transfer (EET), which was applied to recover electric energy (e.g. microbial fuel cell, MFC) and resources (such as hydrogen and methane) and to enhance the removal of heavy metals and refractory organic pollutants (e.g. POPs). The process of electron transfer to the electrode was identified as the key process in such a BES system. In this paper, the recent research achievements about EET both at home and abroad were analyzed and summarized, and the electricigen diversity, the electron transfer pathways and study methods were systematically presented. Finally, the direction of EET research was pointed out. Keywords: Bio-electrochemical System; Microbial Fuel Cell; Electricigens; Electricigen Electron Transfer 生物电化学系统中微生物电子传递的研究进展* 张云澍，赵庆良，李伟 哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨 150090 摘要：生物电化学系统（bio-electrochemical system，BES）是一种新兴的以产电微生物电子传递（EET）为基础的生物质能源回收技术，可用于电能（如微生物燃料电池）和资源回收（包括氢气和甲烷等），此外还可用于强化重金属与难降解有机污染物（如POPs）的去除，而其中产电微生物将产生的电子传递到电极是BES的重要过程。本文分析总结了近年来国内外学者在EET方面的研究成果，系统地介绍了产电微生物的多样性、EET的途径和研究电子传递的方法，在此基础上指明了EET研究的发展方向。 关键词：生物电化学系统；微生物燃料电池；产电微生物；产电微生物电子传递 引言 生物电化学系统（bioelectrochemical system，BES）近年来在环境和能源领域受到广泛的关注。BES是微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）研究的拓展，MFC的发现最早追溯到上个世纪初，英国的植物学家Potter在进行厌氧培养时发现可以产生开路电压和电流，拉开了微生物产电研究的序幕[1]。随着化石燃料短缺带来的能源危机，生物质能源作为可再生能源逐渐受到人们的重视。到了20世纪中叶，针对微生物产电的研究才逐渐升温，将微生物产电和燃料电池技术相结合，构建了MFC系统。近几年，MFC从产电研究逐渐过渡到生物质资源化的应用方面，BES应运而生。研究发现，通过BES，CH4[2]、H2[3]等高附加值生物能源的合成效率显著提高；BES能够有效提高重金属的还原去除，如U(Ⅵ)[4]、Cr(Ⅵ)[5]等；BES可以应用于难降解有机污染物的去除，如石油烃[6]、多氯联苯和硝基苯等[7]；BES应用于脱盐的研究，发现BES可以有效地去除溶液中的阴、阳离子[8]。随着对BES研究的逐渐深入，BES的应用前景会更加广阔。其中电子传递过程是BES研究的重要理论基础，因此对电子传递过程的深入研究是十分有意义的。 *基金资助：本研究得到国家自然科技基金支持资助（51378144）。
电化学生物传感器
目录 1. 电化学生物传感器简介 (2) 1.1 电化学生物传感器的原理 (2) 1.2 电化学生物传感器的发展 (3) ２.电化学生物传感器分类.... 错误！未定义书签。 2.1电化学免疫传感器 .......................................... 错误！未定义书签。 2.2电化学适体传感器 (5) 2.3电化学DNA传感器 (5) 3.信号放大技术在电化学生物传感器中的应用错误！ 未定义书签。 3.1酶催化信号放大技术在电化学生物传感器中的应用错误！未定义书签。 3.2纳米粒子信号放大技术在电化学生物传感器中的应用 3.3 链式反应信号放大技术在电化学生物传感器中的应用 4. 电化学生物传感器研究新进展 (8) 参考文献及英文摘要与关键词. 错误！未定义书签。
电化学生物传感器的研究 摘要本文介绍了电化学生物传感器的发展状况和最新研究方向，综述了近年来电化学生物传感器检测技术的原理和分类，以及信号放大策略在电化学生物传感器中的应用，并概括了电化学生物传感器检测技术的新进展。 关键词电化学生物传感器免疫适体 DNA 信号放大 电化学生物传感器(Electrochemical biosensor)是将生物活性物质如酶、抗原/抗体、DNA、适体等作为分子识别物质固定在电极上,以电化学信号为检测信号的分析器件。电化学生物传感器以其选择性好、灵敏度高、响应快、操作简便、可实现在线、活体分析等特点,在分析化学的研究中起着越来越重要的地位,已广泛用于生命科学、环境分析、药物分析等领域。 1.电化学生物传感器简介 1.1 电化学生物传感器的原理 电化学生物传感器是指由生物体成分（酶、抗原、抗体、激素等）或生物体本身（细胞、细胞器、组织等）作为敏感元件，电极（固体电极、离子选择性电极、气敏电极等）作为转换元件，以电势或电流为特征检测信号的传感器。其原理结构[9]如下图 1 所示。 图1 电化学生物传感器的基本构成示意图 1.2 电化学生物传感器的发展 电化学生物传感器的应用广范，它已经渗透到医药领域、食品卫生、环境检测等生活实践中去，只要应用有：细茵及病毒感染类疾病诊断[24]，基因诊断[25，26]，药物分析[27]，DNA 损伤研究[28]等。由此可见，电化学生物传感器的研究对临床医学和遗传工程的研究具有深远的意义和应用价值。 ２.电化学生物传感器分类 2.1 电化学免疫传感器
电化学生物传感器.
电化学生物传感器 蔡新霞, 李华清, 饶能高, 王利, 崔大付 (中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室北方基地, 北京100080 E 2mail :. ac. cn 摘要:介绍了电化学生物传感器的分类、基本测试原理和研究进展, 该类传感器可对多种生化参数 进行直接实时动态检测, 基于微机电系统(M EMS 加工技术和微电子IC , 电化学传感器在向着微型化、集成化方向发展。关键词:生物传感器; 电化学器件; M EMS 技术; 中图分类号:TP212文献标识码:(07/0820359203 biosensors CAI Xin 2xia , L I Hua 2qing , RAO Neng 2gao , WAN G Li , CU I Da 2fu (S tate Key L ab of T ransducer Technology (North Base , Instit ute of Elect ronics , Chi nese Academy of Sciences , Beiji ng 100080, Chi na Abstract :The system , principle and research progress of electrochemical biosensors were introduced. The electrochemical biosensors can be used for real time detection to various biochemical molecules and would take development on microsystem and integration using M EMS and IC technologies. K ey w ords :biosensors ; electrochemical devices ; M EMS technology ; integration 1引言 第一个商业化的生物传感器于1972年由Y el 2low Springs 仪器公司制造, 之后又由Leeds , Northrup 和Beckman 仪器公司相继推出, 这些传感器均用于血糖和尿糖检测的电化学传感器。80年代新型的生物传感器在实验室取得了科研进展, 商家
利用生物电化学原理缓解人工湿地填料污染的方法与相关技术
本技术公开了一种利用生物电化学与人工湿地耦合缓解填料污染的方法该方法基于生物电化学辅助型人工湿地系统实现，步骤为：1)组装生物电化学辅助型人工湿地系统；2)阳极层的活性炭颗粒培岩形成产电生物膜；3)连续运行处理污水，稳定运行4个月后利用全自动物理吸附仪测试填料比表面积，对比湿地层填料比表面积。本技术基于生物电化学辅助型人工湿地系统处理污水的同时缓解湿地处理方法中填料的污染问题，具有产电和缓解填料污染的双重作用，是一种经济环保的处理技术。 权利要求书 1.一种利用生物电化学原理缓解人工湿地填料污染的方法，其特征在于，该方法基于生物电化学辅助型人工湿地系统实现，生物电化学辅助型人工湿地系统包括一个采用有机玻璃制作的敞口圆柱形容器、电阻、数据采集卡和电脑，圆柱形容器的下部有一进水口，上部有一出水口；圆柱形容器从底部至顶部依次为碎石支撑层A、阳极层、碎石支撑层B、湿地层、碳毡阴极层； 所述的阳极层填充活性炭颗粒，所述的碳毡阴极层为碳毡；所述的湿地层位于碎石支撑层B 和碳毡阴极层之间，湿地层包括石墨板、活性炭颗粒和玻璃棉，玻璃棉位于湿地层下部，将石墨板和活性炭颗粒与碎石支撑层B隔离，石墨板位于活性炭颗粒内部；所述的阳极层和碳毡阴极层通过钛丝与外电路连通，构成生物电化学辅助型人工湿地系统的完整回路，外电路上负载电阻，并与数据采集卡连接，数据采集卡与电脑连接；污水通过蠕动泵由底部进水口连续进样，依次通过各部分最终从上端出水口出水，形成上升式水流模式；
该方法主要利用生物电化学系统产生微电场缓解生物电化学辅助型人工湿地系统中的填料污染，包括以下步骤： 第一步，构建生物电化学辅助型人工湿地系统 生物电化学辅助型人工湿地系统结构如上所示，从进水口处充入含菌源生活污水和活性污泥的混合液，进行菌源接种，使混合液微生物负载于阳极层的活性炭颗粒并逐渐形成产电生物膜，至连续出现三次以上电压上升、达到最大电压平稳运行、电压下降趋势，确认完全形成产电生物膜；产电生物膜中的产电微生物可稳定降解有机物产生质子和电子，电子通过外电路传输到阴极，质子依次经过碎石支撑层B和湿地层传输到碳毡阴极层，完成产电回路； 第二步，连续运行处理污水 在生物电化学辅助型人工湿地系统得到稳定产电生物膜之后，将污水由底部进水口连续进样，依次通过各部分最终从上端出水口出水；运行一段时间后，测试湿地层中活性炭颗粒的比表面积，得到该生物电化学辅助型人工湿地系统在运行过程中填料污染情况。 2.根据权利要求1所述的一种利用生物电化学原理缓解人工湿地填料污染的方法，其特征在于，所述的电阻为1000欧姆。 3.根据权利要求1或2所述的一种利用生物电化学原理缓解人工湿地填料污染的方法，其特征在于，采用全自动物理吸附仪测试活性炭颗粒的比表面积。 技术说明书 一种利用生物电化学原理缓解人工湿地填料污染的方法
生物电化学
生物电化学生命科学已经成为最活跃的研究领域之一。将生物学、化学与工程学结合起来，就形成了生物工程学。采用生物工程学方法，不仅可以增加产量，而且可以生产出许多新的品种来。毫无疑问，这种方法已经在农业、医药和工业上取得了引人注目的实际应用。在生物工程学研究领域中，需要对各种各样的生物分子进行分离、鉴定和结构表征，这就要用到各种各样的分析方法。目前，有好几种分离、分析方法已经成为生物工程学的主要研究手段，如电泳法1-4、色谱法5-8、免疫法9-12及各种用于分子结构测量的近代仪器分析方法13-16等。当然，这几种方法还需要不断地加以改进，才能适应生物工程学继续发展的需要。然而另一方面，电分析化学对于解决生物工程学方面的问题，目前尚显得软弱无力。可是，正是这种新的挑战，开拓了电分析化学的一个新的生长点——生物电分析化学。 生物体系是一个十分复杂的体系。各种生物组分的分子量相差极大，而许多组分的含量极微。此外，不少生物组分没有电化学活性；蛋白质等大分子化合物由于吸附作用对测定产生干扰等。所有这些因素，对电分析化学方法都是极为不利的。尽管如此，电分析化学方法在生物体系的研究中已经取得了可喜的成果。生物电分析化学的研究内容和方法都是非常丰富的。现有的各种电分析化学技术，在生物体系的研究中都是有用的。不过，将生物学中的一些方法（如免疫法、酶技术等）与电化学结合起来，对于解决生物电分析化学中的问题，可能是更为有效的途径。
一、伏安分析在生命科学中的应用：伏安分析具有灵敏度高、分析对象广、操作简便快速、不需要昂贵仪器等一系列优点。近年来，把现代伏安技术引入生命科学和医学领域已成为研究的热点。特别是在医学临床分析中，直接采用伏安法测定人体内各种微量的无机和有机物质，已经取得了显着的效果并获得了广泛的应用。 1、人体微量元素的测定：调查儿童微量元素的含量并对其分析17。采用微量元素分析仅(溶出伏安法)测定手指全血中微量元素钙、缺、铜、锌、镁、铅含量.结果926例儿童中,缺锌(24.1%)和缺钙(20.6%)分别占第1位和第2位,男、女儿童间微量元素含量差异无统计学意义(P>0.05),不同年龄组儿童锌、钙含量差异显着(P<0.01),锌含量随年龄增长呈上升趋势;钙含量随年龄的增长而逐步降低;不同年龄组铁、铜、镁含量无显着差异(P>0.05)。用茜素红S／多壁碳纳米管修饰碳糊电极，提出了一种灵敏的溶出伏安法测定痕量铜的新方法18。应用于人发中铜含量的测定，回收率为98％～102％。在极谱分析仪上采用二阶导数线性扫描伏安法进行分析，在0．1moL／L的HAc-NaAc缓冲溶液（pH4．1）中，Cu与修饰电极表面的茜素红S（ARS）形成Cu（Ⅱ）。ARS络合物而富集于电极表面，于-400mV处还原后，再进行阳极化扫描，于64mV处获得一灵敏的铜的阳极溶出峰，峰电流与Cu（Ⅱ）浓度在2×10-11mol／L～6×10-7mol／L范围内呈良好的线性关系，检出限（S／N=3）为8．0×10-12mol／L（富集时间240s）。可以预计，在不久的将来，随着方法和仪器的改进，伏安技术将为人体内元素的形态和价态研究提供更多的重要信息，在生命科学中发挥更大的作用。 2、人体体液中药物的测定：测定人体内药物及其代谢产物是当前生
电化学生物传感器资料
电化学生物传感器 生物分子的分析检测对获取生命过程中的化学与生物信息、了解生物分子及其结构与功能的关系、阐述生命活动的机理以及对疾病的有效诊断与治疗都具有十分重要的意义。如何高效、快速、灵敏地检测这些生物分子，是当前生命科学领域中面临的一个十分重要的问题。解决这些问题的关键就在于发展各种新型的分析检测技术。生物传感器的出现为有效地解决这些问题提供了新的工具，为生命科学及其相关领域的研究提供了许多新的方法 1电化学生物传感器的基本结构及工作原理 1.1 基本结构 通常情况下，生物传感器由两个主要部分组成即生物识别元件和信号转换器。生物识别元件是指具有分子识别能力，能与待测物质发生特异性反应的生物活性物质，如酶、抗原、抗体、核酸、细胞、组织等。信号转换器主要功能是将生物识别作用转换为可以检测的信号，目前常用的有电化学、光学、热和质量分析几种方法[1]。其中，电化学方法就是一种最为理想的检测方法。 图1 电化学生物传感器的基本结构 1.2 工作原理 电化学生物传感器采用固体电极作基础电极，将生物敏感分子固定在电极表面，然后通过生物分子间的特异性识别作用，生物敏感分子能选择性地识别目标分子并将目标分子捕获到电极表面，基础电极作为信号传导器将电极表面发生的识别反应信号导出，变成可以测量的电信号，从面实现对分析目标物进行定量或定性分析的目的。 2电化学生物传感器的分类
由各种生物分子(抗体、DNA、酶、微生物或全细胞)与电化学转换器(电流型、电位型、电容型和电导型)组合可构成多种类型的电化学生物传感器，根据固定在电极表面的生物敏感分子的不同，电化学生物传感器可分为电化学免疫传感器、电化学DNA传感器、电化学酶传感器、电化学微生物传感器和电化学组织细胞传感器等。 2.1 电化学免疫传感器 电化学免疫传感器是一种将免疫技术与电化学检测相结合的标记免疫分析方法。它是以抗原．抗体特异性反应为基础，将抗原/抗体反应达到平衡状态后的生物反应信号转换成可测量的电信号并通过基础电极将其导出。当采用电化学检测方法测量时，其信号大小与目标分析物在一定浓度范围内成线性关系，从而实现对目标检测物的分析测定。 根据抗原-抗体间的免疫反应的类型，电化学免疫传感器可分为两种：竞争法和夹心法。竞争法的分析原理是基于标记抗原和非标记抗原共同竞争与抗体的反应[2]。而夹心法则是将捕获抗体、抗原和检测抗体结合在一起，形成一种捕获抗体/抗原/检测抗体的夹心式复合物，也称“三明治”式结合物[3]。 图2 竞争法 图3 夹心法 2.2 DNA生物传感器 DNA生物传感器主要检测的是核酸的杂交反应。电化学DNA传感器的工作原理如图所示，即将单链DNA(ssDNA)探针，固定在电极上，在适当的温度、pH、离子
电化学生物传感器的应用实例zhuyue
电化学生物传感器的应用实例 摘要：生物电化学传感器是生物传感器中研究最早、种类最多的一个分支, 它具有专一、高效、简便、快速的优点, 已应用于生物、医学及工业分析等方面。目前，生物传感器正进人全面深人研究开发时期，各种微型化、集成化、智能化、实用化的生物传感器与系统越来越多。相信在不久的将来，生物传感器的面貌会焕然一新。 关键词：生物传感器，应用 引言 生物传感器正是在生命科学和信息科学之间发展起来的一门交叉学科。 最早的生物传感器发明于1962年，英国Clark[1]利用不同的物质与不同的酶层发生反应的工作原理，在传统的离子选择性电极上固定了具有生物功能选择的酶，从而构成了最早的生物传感器一一酶电极。生物传感器的研究全面展开是在20世纪80年代，20多年来发展迅速，在食品工业、环境监测、发酵工业、医学等方面得到了高度重视和广泛应用。 1 工作原理及其分类 1.1 工作原理 传感器主要由信号检测器和信号转换器组成，它能够感受一定的信号并将这种信号转换成信息处理系统便于接收和处理的信号，如电信号、光信号等。生物传感器是利用生物分子探测生物反应信息的器件。换句话说，它是利用生物的或有生命物质分子的识别功能与信号转换器相结合，将生物反应所引起的化学、物理变化变换成电信号、光信号等。Rogers[2]等人将生物传感器定义为:由生物识别单元，如酶、微生物、抗体等和物理转换器相结合所构成的分析仪器，生物部分产生的信号可转换为电化学信号、光学信号、声信号而被检测。可见，任何一个生物传感器都具有两种功能，即分子识别和信号转换功能。 1.2 主要分类 生物传感器的分类方式很多，但根据生物学和电子工程学各自的范畴，主要有以下两种分类方式。 (1)根据生物传感器中信号检测器上的敏感物质分类 生物传感器与其它传感器的最大区别在于生物传感器的信号检侧器中含有敏感的生命物质。这些敏感物质有酶、微生物、动植物组织、细胞器、抗原和抗体等。根据敏感物质的不同，生物传感器可分酶传感器、微生物传感器、组织传感器、细胞器传感器、免疫传感器等。生物学工作者习惯于采用这种分类方法。(2)根据生物传感器的信号转换器分类