生物信号检测及传感器第一章.ppt

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1、叛 裕 獭 磐 爵 揍 鬃 仇 若 蠢 犬 讳 亮 帧 利 耕 咽 郭 尸 拟 居 僚 桑 粤 销 岂 俩 财 覆 敲 灿 才 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生物信号检测及传感器 刘绍琴 微纳米技术研究中心 哈工大科学园B1栋505室 刷 釉 慨 废 厩 吱 迢 财 磊 杆 懒 逆 匡 烫 暖 深 忙 誊 的 周 围 盲 袋 司 闯 帐 稼 卓 寞 队 厘 值 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 【问题】【问题】 1.电饭煲为什么能自动加热和保温而不会

2、使饭烧焦? 2.电冰箱、空调为什么可以自动控制电机的运转而保持恒温? 3.全自动洗衣机为什么可以自动完成洗衣过程? 4.电梯门为什么不夹人? 5.自动门为什么会自动开启? 6.怎样实现自动通风、自动喷水、自动报警? 这一切,都要归功于现代传感器技术的发展和应用。这一切,都要归功于现代传感器技术的发展和应用。 埃 脾 撰 钦 朱 形 疮 诚 沂 谢 莎 凌 花 沸 册 徒 顶 幂 彩 骤 勿 朋 妊 篆 首 拥 买 因 琼 亡 乍 霉 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 辨 爬 粳 结 枚 隅 控 施 展 凳 割 纳 裹 篙 杖

3、 椰 陨 窄 公 淌 卉 灿 讨 到 啄 宇 举 拇 脯 雌 遭 艇 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 红外线传感器红外线传感器实现无接触测量实现无接触测量 应用领域:应用领域: 航空摄影、卫星遥感、家电遥控、防盗防火报警器、 自动门、生物探测器 娟 漾 捎 翼 裴 地 锡 踢 绪 捎 钮 徒 藻 垣 敖 刨 育 辐 坛 侍 浓 会 馒 炼 朗 驱 贝 啪 痹 摈 如 戏 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 传感器的概念:传感器的概念: 广义上讲广义上讲传感

4、器就是能感知外界信息 并能按一定规律将这些信息转换成可用信号 的装置。 简单地说简单地说传感器是将外界信号转换为 电信号的装置。 残 姬 适 寥 氓 烹 日 堕 搐 蚁 醒 鸭 粉 补 苔 锈 竞 些 扶 麓 邓 颓 溅 梗 墅 婿 羹 抡 胜 鹰 堪 倘 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 科学技术的发展推动传感器技术的进步 上世纪实现的工业生产的自动化,几乎主要依靠传感 器来监视和控制生产过程的各个参数,使设备和系统正常 运行在最佳状态,保证生产的高效率和高质量。 “ “没有传感器技术就没有现代科学技术没有传感器技术就没有

5、现代科学技术” ”的观点现在已的观点现在已 为全世界所公认。科学技术越发达、自动化程度越高,对为全世界所公认。科学技术越发达、自动化程度越高,对 各种传感器的需求越大各种传感器的需求越大 癸 谅 围 浅 妻 搅 问 窄 郡 辱 忽 寐 懈 怜 吧 旋 涂 缎 婶 贺 沮 秸 湿 系 崇 柿 弃 毒 鲸 叛 缮 冬 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 现代传感器既是高科技的结晶,又在高科技中起举足重 轻的作用。 一辆现代化汽车所用 传感器达数十种 哥伦比亚号哥伦比亚号 如美国阿波罗登月 飞行器每个安装的各种 传感器达3200个

6、。 在现代的飞机、汽 车、甚至家用电器也是 如此. 菜 噶 啡 斧 呵 必 域 馆 冲 芬 擞 朴 夷 解 灿 炯 闭 毛 既 国 腮 饵 议 篓 栖 荚 乌 家 舆 庙 承 卞 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 信息采集的关键是传感器,传感器的性能在很大程度上 决定着整个信息技术的性能,所以传感器技术已成为现代信 息技术的重要支柱之一,在当代科学技术中占有十分重要的 地位,是高新技术竞争的核心技术之一。其开发研究和生产 能力与应用水平直接影响到科学技术的发展和应用。 各发达国家都将传感器技术视为现代高新技术发展的关 键之一

7、。我国从20世纪80年代以来也将传感器技术列入国家 高新技术发展的重点。 传感器作为向自然界获取信息的工具,几乎渗透到科 学技术、社会生产和人民生活的每一个角落,彩电、冰箱、 空调 衙 仁 菏 奈 微 枯 器 蹄 麓 埠 瓮 漓 恶 对 剧 柱 恋 图 牧 辙 贡 窃 蒲 紊 绢 踩 旷 韭 侦 蝗 机 耽 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 我国第一种实用化的 生物传感器SBA- 30型乳酸分析仪 SBA-70型生物传感 在线分析系统 生物传感器生物传感器用以检测和识别生物体内化学成分或使用了用以检测和识别生物体内化学成分或

8、使用了 生物组分的传感器。生物组分的传感器。 “Biosensor” once referred to any device which responds to chemical species in biological samples or using biological components. 应用领域:应用领域: 最典型的应用是在医疗卫生行业,医院里各种进行生化分析的 仪器之中 涤 剃 嘘 折 翰 疤 桅 妖 会 讨 驼 凄 榴 员 舵 央 护 砒 高 鳞 您 万 辅 劈 胎 慎 倍 呢 祝 晋 娱 卵 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及

9、传 感 器 第 一 章 图示鼻子类似为传感器 嗅觉膜生物识别元件 神经细胞转换器 神经纤维传导器 大脑测量元件 美国人理查德阿克塞尔和琳达巴克因为他们在嗅觉领域内 所做出的杰出贡献而获得了2004年度的诺贝尔医学奖。 吸 么 肠 珠 胚 舵 化 穷 膛 概 限 疏 悼 酷 去 涩 逗 锻 巩 疗 平 叛 受 满 永 牢 巳 砖 兼 茬 屎 断 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 叛 裕 獭 磐 爵 揍 鬃 仇 若 蠢 犬 讳 亮 帧 利 耕 咽 郭 尸 拟 居 僚 桑 粤 销 岂 俩 财 覆 敲 灿 才 生 物 信 号 检 测

10、 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 21世纪科学技术发展总趋势 中心科学技术的转移 1.信息科学技术 目前是发展高峰期,预计其中心科学 技术的地位还可持续四十年。 2.生命科学技术 现在已开始注重其发展与应用,预计 21世纪30年代开始将逐步转变为中心 科学技术。 3.认知科学技术 智能化趋势现已显露,预计21世纪70 年代开始将成为科学技术发展的中心 躬 求 枣 驼 豺 凄 冲 疫 叼 稠 筋 惑 恒 丑 蹋 驶 汹 槛 芒 铡 辙 遂 壁 炭 施 命 嫡 汕 秀 却 黍 遥 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检

11、 测 及 传 感 器 第 一 章 21世纪改变人类的科学技术 科学 技术 物质科学 信息技术 生命科学 生物技术 纳米技术 能源技术 芳 椅 历 冬 渊 亦 滴 艳 族 纲 赔 蹈 嘱 搓 垮 涧 限 孺 投 凿 阅 拨 它 嚎 饮 隔 矢 眯 帝 畔 哑 坛 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 课程内容 n绪论 n传感器生物材料 n电化学生物传感器 n物理生物传感器(光纤、压电、半导体、表面等离子 体共振、热电等) n生物芯片 n生物传感器与生物反应系统的控制 n生物传感器与活体分析 n生物敏感元件的基因操纵 卒 钳 始 佳

12、 蜒 含 率 睹 吕 倪 城 泉 镜 仁 肋 驮 寅 椎 尚 赁 骡 荷 肃 誊 刁 傀 湖 谱 段 鲜 梭 幢 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 参考书 n生物传感器 张先恩编著 化学工业出版社 2005 n现代生物医学传感技术王平编著,浙江大学,2003 n彭承琳,生物医学传感器原理及应用,高等教育出版社,2000。 n彭军,传感器与检测技术,西安电子科技大学出版社,2003。 n主要参考文献: n郁有文,常健,程继红,传感器原理及工程应用,西安电子科技大 学出版社,2003。 n蔡建新,张唯真, 生物医学电子学,北京大

13、学出版社,1997 。 n黄贤钨,传感器原理与应用,电子科技大学出版社,1999。 nTurner A P F, Karube I,Wilson G S, Biosensors: Fundamental and Applications, Oxford: Oxford University Press, 1987. 萎 禽 肥 亥 韶 肆 彝 惹 登 搅 复 捏 趁 迭 溉 袱 春 稽 骏 脆 挣 襄 暂 盲 喷 竣 扣 霸 慑 祁 技 讯 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 目的与要求 n生物传感器的基本理论方法 n常用传感

14、器敏感材料 n各种生物传感器的原理以及应用 n掌握传感器构成的生物信号检测系统的 基本框架和应用 酱 峰 啮 乌 憨 查 厌 旅 鉴 芦 戴 违 批 粘 酵 湾 玫 毗 皂 领 虎 竖 舵 渭 泣 声 悸 狼 颅 钢 种 浑 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 重点 n生物传感器的分子识别元件及其生物反应 基础; n电化学生物传感器及各种物理传感器的原 理及相关知识点; n结合传感器原理深化其在生物学领域中的 应用; n传感器在生物学自动检测技术中的应用 嚼 悔 短 孪 棉 楔 红 与 忿 嚷 央 拉 蝎 砰 闰 唁 万 穷

15、廉 但 寞 罗 趴 缔 呵 烤 狰 终 辕 啸 遭 役 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 考试 n闭卷,占总成绩60% n平时成绩: n出勤+上课表现, 20% n口头报告,占20% n闭卷,80% n平时成绩:出勤+口头报告 20% 任选其 一 奖学金评定 时不再打分 奖学金评定 时根据上课 表现再打分 详 噬 槛 雄 仕 贤 雷 苇 更 摊 促 匆 魁 普 靡 巫 径 仕 葵 耗 辞 玻 伊 叮 茬 迢 农 疟 十 笨 竟 诞 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第

16、 一 章 第一章 绪论 n生物传感器的发展历程 n生物传感器的基本概念与类型 n生物传感器的商品开发 n发展趋势 哭 关 奋 豹 贿 澜 狸 质 萤 撂 俺 饰 烘 睫 录 据 仓 胶 眶 仰 碳 啼 搞 雕 苇 盏 颐 副 拌 剿 荒 伞 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 五 循 宜 钒 致 纶 醛 箔 身 颤 蚁 采 名 嗽 嗜 酮 毡 斋 病 倪 晚 贪 圾 卯 仟 坛 稿 己 势 慎 屋 脑 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 传统的检测方法 方法空

17、间分辨 率 时间分辨 率 监测能力 新陈代谢 参数 X射线0.1 mm0.1sec有限无 断层扫描 0.1 mm及时有无 核磁共振1mm数十分钟有限H+,P, C 冒 腾 痉 磺 平 嫩 狮 藤 夺 栏 点 磕 枷 凌 南 缔 邪 娇 启 愧 肖 膳 蓝 科 销 柬 郑 顷 卫 获 性 驭 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生物传感器的优点 featuresbenefits 厄 邢 湍 布 浩 陋 病 吱 常 衷 防 岁 钦 拼 窃 腹 地 乖 栗 是 裕 抛 仆 涕 看 伍 泼 宇 筏 圆 叙 虽 生 物 信 号 检 测

18、及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 一、生物传感器的发展历程 1930 pH glass electrodeMacInnes 1950 Ames test for urinary glucose 1956 隔离式氧电电极美国L.C.Clark Jnr 1962 Blood pO2 sensor 酶电极Enzyme electrode Clark 和Lyons 1964 Quartz crystal sensor Valinomycin for ion-selective effect In vivo Fiber optics Oximeter Kin

19、g Moore Karpany 奸 桂 玲 炳 寡 五 螟 涸 任 永 经 香 景 狠 破 壤 输 朗 没 俩 躇 卓 韧 抬 藐 秧 募 砂 紫 霉 榔 琉 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 1966 葡萄糖酶电电极Updike和Hicks 1968 Fluorescent oxygen sensorBergman 1969 电位型酶电极(尿酶固定在氨电 极上测定尿素) Guilbault, Montalvo 1970 ISFETBergveld 1975 第一个基于酶电电极的葡萄糖测测 定仪仪 美国YSI公司 1975

20、First microelectrode with 1 umThomas 1977 测抗原的免疫传感器美国Janata 1977 测BOD的微生物传感器日本Karube 烦 痔 吻 食 局 僧 溪 斧 央 涯 鲜 碎 糖 灸 巴 铅 筋 磕 墓 包 胖 馈 替 暴 殃 饯 熬 真 某 温 不 孵 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 197 4 热生物传感器瑞典Mosbach 酶场效应晶体管Janata 198 0 酶光纤传感器Lubbers,Optiz 198 3 压电晶体酶传感器Giulbault 197 6 葡萄糖酶电极为

21、基础的第一个 人工肾脏 Clemens,后被 Miles公司开发成 生命稳定系统 Biostator 198 3 表面等离子体共振生物传传感器Liedberg 199 0 商用表面等离子体共振仪器 BIAcore 瑞典Pharmacia公 司 自 宣 填 茸 像 训 编 丙 亢 频 翟 雹 愚 医 棉 怨 啃 爱 鸳 俊 堕 汞 娩 孙 峨 祖 忘 紊 烹 拨 战 抄 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 Biomolecular Interaction Analysis (BIA) n3个核心部分:传感器芯片,SPR光学检 测

22、系统,微射流卡盘 笨 尾 讣 倒 荫 祝 打 办 在 秘 箕 秉 已 先 型 涡 段 俺 搀 豢 凿 箩 舆 衫 沽 兑 骋 预 魂 解 匿 履 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 1984 介体酶电电极英国Cass, Hill 1987 印刷血糖酶电极美国MediSene公 司 1985 Elsevier出版公司创刊 Biosensors 主编英国Turner 教授 1990 更名为Biosensors pnanobiosensors, nanomaterials plab-on-a-chip; pDNA chips pim

23、munosensors; penzyme-based biosensors; porganism- and whole cell- based biosensors; pbiofuel and biological fuel cells; pbioelectronics pelectronic nose technology; pnatural psignal transduction technology; pmicrofluidics pproteomics and single-cell analysis; pcommercial developments, manufacturing

24、and markets. 惩 臆 异 停 集 手 怕 床 邮 匪 挤 垒 讫 约 咆 写 骇 瞧 孝 蒙 犬 各 伊 螟 水 笑 拧 拆 泊 搀 铀 缅 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 nBioelectronics nCommercial biosensors, manufacturing and markets nDNA chips & nucleic acid sensors nEnzyme-based biosensors nImmunosensors nLab-on-a-chip nMicrofluidics n

25、Nanobiosensors, nanomaterials & nanoanalytical systems nNatural & synthetic receptors nOrganism- and whole cell- based biosensors nPrinted biosensors and printed electronics nProteomics, single-cell analysis and electronic noses nSignal transduction technology and biological fuel cells nTheranostics

26、 & nanotheranostics 香 盒 柳 帖 羽 概 侗 泪 宁 家 烘 或 咳 嘲 烃 自 签 庶 莱 烦 渡 橙 喜 咙 勃 葬 瀑 预 僚 矗 艺 乎 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 n第一阶段: 20世纪60-70年代起步阶段,以 Clark传统酶电极为代表 n第二阶段: 20世纪70年代末期到80年代, 大量学科交叉出现了各种不同原理和技术 的生物传感器,代表是介体酶电极 n第三阶段: 20世纪90年代后,以表面等离 子体和生物芯片为代表 归纳 昧 料 市 瘪 彭 钵 辽 盈 颁 晶 厌 霍 停 祟 迷

27、 汽 谜 漠 浪 饰 帽 侵 皑 羽 歪 告 授 豁 苍 诬 写 军 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 二、生物传感器的基本概念与 类型 n2.1.定义 nBiosensors对生物传感器的定义:生物传感器是一类分 析器件,它将一种生物材料(如组织、微生物细胞、细胞器、 细胞受体、酶、抗体、核酸等)、或生物衍生材料、或生物模 拟材料,与物理化学传感器或传感微系统密切结合或联系起来 ,行其分析功能,这种换能器或微系统可以是光学的、电化学 的、热学的、压电的或磁学的。 nTurner教授将其简化为:生物传感器是一种精致的分析器件

28、 ,它结合一种生物的或生物衍生的敏感元件与一只理化换能器 ,能够产生间断或连续的数字电信号,信号强度与被分析物成 比例。 魁 仓 绊 酥 恨 祁 诺 种 娥 悠 剁 躬 品 羌 屏 砾 丽 又 魏 壬 庸 休 叼 黄 胯 柄 咎 份 望 瓣 蛊 镑 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 Current Definition for Biosensors: A sensor that integrates a biological element with a physiochemical transducer to produc

29、e an electronic signal proportional to a single analyte which is then conveyed to a detector. www.imec.be/ovinter/static_research/BioHome.shtml 谦 想 惫 书 吕 载 托 混 钙 桅 柬 杂 牲 氮 屎 甲 言 积 墅 捧 臣 衰 蓬 惭 圈 准 篷 髓 阜 锭 抵 创 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 Biosensor n“A chemical sensor is a devic

30、e that transforms chemcial information, ranging from the concentration of a specific sample component to total composition analysis, into an analytically useful signal” IUPAC n “Biosensor - a subgroup of chemical sensors where biological host molecules, such as natural or artificial antibodies, enzy

31、mes or receptors or their hybrids, are equivalent to synthetic ligands and are integrated into the chemical recognition process. n High Specificity and selectivity n Restricted stabilities and life time 饶 松 耳 曹 寂 工 硝 翟 略 终 淘 映 疫 吝 矩 渊 及 砌 功 宗 报 禹 煤 描 邯 链 所 薛 孟 葡 呐 讳 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号

32、 检 测 及 传 感 器 第 一 章 2.2 生物传感器的基本原理 生物传感器由敏感元件(或生物元件)和理化换能器组成 黑 累 脚 畜 顾 孽 召 帚 直 与 妓 弃 透 许 侯 吠 贵 恳 赁 并 织 眺 栈 水 捉 效 牡 庆 碧 莹 掐 热 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 Components of a Biosensor http:/ Detector 教 纪 吴 框 骤 寻 毕 隙 命 绕 午 矢 足 举 众 虐 释 瞧 雹 洱 嘻 酬 饿 姓 令 亏 穴 重 夕 垄 介 月 生 物 信 号 检 测 及 传 感

33、器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 2.2.1、生物敏感膜(biosensitive membrane)或 分子识别元件(molecular recognition) 是生物传感器的关键元件,直接决定传感器的功能与质量。 分子识别元件生物活性材料 酶膜各种酶类 全细胞膜细菌、真菌、动植物细胞 组织膜动植物组织切片 细胞器膜线粒体、叶绿体 免疫功能膜抗体、抗原、酶标抗原等 具有生物亲和能力的物质配体,受体 核酸寡聚核苷酸 模拟酶高分子聚合物 Must be highly specific, stable under storage conditions, and

34、immobilized. 氦 失 甘 航 大 驯 娃 笆 凄 轩 艾 郑 蛔 命 锡 聋 呕 术 邵 赵 毙 周 咳 才 滤 鹏 丰 喇 曹 宪 纸 努 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 2.2.2.换能器(Transducer) 将各种生物的、化学的和物理的信息转变成电信号 生物学反应信息 换能器选择生物学反应信息 换能器选择 离子变化离子选择性电 极 光学变化光纤,光敏管, 荧光计 电阻变化、电导 变化 阻抗计,电导仪 颜色变化光纤,光敏管 质子变化场效应晶体管质量变化压电晶体等 气体分压变化气敏电极力变化微悬臂梁 热焓

35、变化热敏电阻,热电 偶 震动频率变化表面等离子体 共振 十 啪 诞 厨 坍 笋 莉 产 末 镑 锋 宙 房 魁 昨 稠 尼 馆 酷 丘 巡 递 澎 练 洼 直 邪 瑚 冯 错 惟 针 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 Principles of Detection measures change inmass measures change in electric distribution measures change in light intensity measures change inheat 宗 析 节 蒜 冬

36、木 默 得 蹭 隘 博 亢 腮 聪 蜂 黄 炙 鸽 竣 屏 伺 课 活 捶 吾 谣 戈 酋 和 计 贸 檬 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 叛 裕 獭 磐 爵 揍 鬃 仇 若 蠢 犬 讳 亮 帧 利 耕 咽 郭 尸 拟 居 僚 桑 粤 销 岂 俩 财 覆 敲 灿 才 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 Principles of Detection Piezo-Electric Biosensors压电生物传感器 The change in frequen

37、cy is proportional to the mass of absorbed material. Some piezo-electric devices utilize crystals, such as quartz, which vibrate under the influence of an electric field. The frequency of this oscillation depends on their thickness and cut. Others use gold to detect the specific angle at which elec

38、tron waves (surface plasmons) are emitted when the substance is exposed to laser light. 血 渐 月 芝 哆 逻 条 半 阳 托 叶 烦 揖 坯 摊 蚁 御 杀 氓 角 添 诱 槛 仿 醚 瀑 漫 瀑 辕 坟 啸 健 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 叛 裕 獭 磐 爵 揍 鬃 仇 若 蠢 犬 讳 亮 帧 利 耕 咽 郭 尸 拟 居 僚 桑 粤 销 岂 俩 财 覆 敲 灿 才 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信

39、号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 Principles of Detection Electrochemical Biosensors电化学生物传感器 Amperometric for applied current: Movement of e- in redox reactions detected when a potential is applied between two electrodes. Potentiometric for voltage: Change in distribution of charge is detected using ion-selective

40、 electrodes, such as pH-meters. Conductimetric for impedance http:/www.lsbu.ac.uk/biology/enztech/index.html 悬 祥 侯 茧 瓶 夕 杰 峪 挡 链 裙 滨 茎 嚎 益 青 敏 卫 等 侈 疯 杯 感 杭 汗 论 乾 吭 阵 看 讫 疹 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 叛 裕 獭 磐 爵 揍 鬃 仇 若 蠢 犬 讳 亮 帧 利 耕 咽 郭 尸 拟 居 僚 桑 粤 销 岂 俩 财 覆 敲 灿 才 生 物 信 号 检 测

41、 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 Principles of Detection Optical Biosensors光学生物传感器 Colorimetric for color: Measure change in light adsorption as reactants are converted to products. Photometric for light intensity: Photon output for a luminescent or fluorescent process can be detected with p

42、hotomultiplier tubes or photodiode systems. www.manimo.it/Prodotti/ 瞳 撬 釉 香 畴 梆 铬 蓑 宵 操 狐 陈 么 亢 濒 炒 训 扩 侦 冷 妈 澎 丛 饯 酚 霖 绽 喷 钡 粥 笛 舜 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 叛 裕 獭 磐 爵 揍 鬃 仇 若 蠢 犬 讳 亮 帧 利 耕 咽 郭 尸 拟 居 僚 桑 粤 销 岂 俩 财 覆 敲 灿 才 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章

43、Principles of Detection Calorimetric Biosensors热生物传感器 If the enzyme catalyzed reaction is exothermic, two thermistors may be used to measure the difference in resistance between reactant and product and, hence, the analyte concentration. www4.tsl.uu.se/Atlas/DCS/DCSIL/therm.html 屉 剥 泌 正 屏 囱 梁 郭 衣 诚

44、孪 晃 兽 层 焰 汽 忱 晨 爬 浦 仁 弊 袱 艰 祝 须 啦 偷 囊 碱 频 殿 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 Giant Magnetoresistance Biosensors巨磁阻生物传感器 n巨磁阻(GMR)效应:材料的电阻率随着材料磁化状态的变 化而呈现显著改变的现象 (1988年法国巴黎大学物理系Fert 教授,MNBaibich ) n2007年诺贝尔物理学奖 Principles of Detection 维 将 梯 晴 试 榆 选 裸 驭 汗 洽 苇 逃 强 疑 耶 以 狸 诅 堑 距 浅 夯 氰

45、 曝 肌 倍 梨 境 腊 哺 臃 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 2.2.3.检测器 Signals from the transducer are passed to a microprocessor where they are amplified and analyzed. The data is then converted to concentration units and transferred to a display or/and data storage device. 膏 闹 阅 吠 熊 伸 术 畅

46、侦 董 岗 截 宁 赛 暖 绳 叉 莆 婪 丧 肾 创 怜 挣 帜 吃 汝 第 决 摈 味 辙 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 2.2.4.生物放大 生物放大作用:指模拟和利用生物体内的某些生化反应,通过对反应过 程中产量大、变化大或易检测物质的分析来间接确定反应中产量小、变 化小、不易检测物质的(变化)量的方法。 通过生物放大原理可以大幅度提高分析测试的灵敏度。 生物传感器常用的生物放大作用: 酶催化放大 酶溶出放大 酶级联放大 脂质体技术 聚合酶链式反应和离子通道放大等。 豺 藉 热 起 陌 楚 蔷 放 盈 毫 主 傲

47、 揽 磷 脐 崇 郝 青 落 染 倡 瘦 澈 俭 孺 召 炎 熏 摇 技 坐 讳 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 2.3、生物传感器的特点 (1) 测定范围广泛。 (2) 专一性强,只对特定的底物起反应,而且不受颜色、浊度的影响。 (3)生物传感器使用时一般不需要样品的预处理,样品中的被测组分的分离和 检测同时完成,且测定时一般不需加入其它试剂。 (4) 采用固定化生物活性物质作敏感基元(催化剂),价值昂贵的试剂可以 重复多次使用。 (5)测定过程简单迅速。 (6) 准确度和灵敏度高。一般相对误差不超过1。 (7)由于它的

48、体积小,可以实现连续在线监测,容易实现自动分析。 (8)可进入生物体内。 (9)传感器连同测定仪的成本远低于大型的分析仪器,便于推广普及。 留 商 砖 续 凸 酉 独 神 莫 木 抡 橡 已 瑶 鸭 晴 逐 废 县 棵 少 钓 削 租 左 瘩 隙 黍 措 俏 侯 乘 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 2.4 生物传感器的分类 分类方式分类依据传感器名称 传感器输出信号 1、被测物与分子识别元件上敏感物质具 有生物亲和作用。 2、底物(被测物)与分子识别元件上的 敏感物质相作用并产生产物,信号换能 器将底物的消耗或产物的增加转

49、变为输 出信号。 1、生物亲和性传感器 2、代谢型或催化型传感器 分子识别元件上 的敏感物质 1、酶与底物作用 2、微生物代谢 3、组织代谢 4、细胞代谢 5、抗原抗体反应 6、核酸杂交 1、酶传感器 2、微生物传感器 3、组织传感器 4、细胞器传感器 5、免疫传感器 6、DNA生物传感器 7、核酸传感器 信号换能器 1、电化学电极 2、离子敏场效应晶体管 3、热敏电阻 4、压电晶体 5、光电器件 6、声学装置 1、电化学传感器 2、离子敏场效应传感器 3、热敏电阻传感器 4、压电晶体传感器 5、光电传感器 6、声学传感器 晨 透 绦 瞻 霹 吼 好 函 子 猪 蚁 脏 奶 兴 揽 僵 漾 崎 浓 丢 需 掺 件 蚁 委 磺 疤 邑 困 凸 送 蔚 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 生 物 信 号 检 测 及 传 感 器 第 一 章 几种主要的生物传感器 1、酶传感器(

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