酶电化学生物传感器
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，生物传感器正进入全面深入研究开发的时期，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。

本文就酶电化学生物传感器特点基本结构、原理及其应用展开综述。

关键词：
生物传感器应用结构酶生物传感器
正文：
自1962年Clark等人提出把酶与电极结合来测定酶底物的设想后. 1967年Updike和Hicks 研制出世界上第一支葡萄糖氧化酶电极，用于定量检测血清中葡萄糖含量。

此后，酶生物传感器引起了各领域科学家的高度重视和广泛研究，得到了迅速发展。

酶生物传感器是将酶作为生物敏感基元，通过各种物理、化学信号转换器捕捉目标物与敏感基元之间的反应所产生的与目标物浓度成比例关系的可测信号，实现对目标物定量测定的分析仪器.与传统分析方法相比，酶生物传感辑是由固定化的生物敏感膜和与之密切结合的换能系统组成，它把固化酶和电化学传感器结合在一起，因而具有独特的优点：(1)它既有不榕性酶体系的优点，又具有电化学电极的高灵敏度。

(2) 由于酶的专属反应性，使其具有高的选择性，能够直接在复杂试样中进行测定.因此，酶生物传感器在生物传感器领域中占有非常重要的地位.
酶生物传感器的基本结构单元是由物质识别元件(固定化酶膜)和信号转换器(基体电极)组成.当酶膜上发生酶促反应时，产生的电活性物质由基体电极对其响应.基体电极的作用是使化学信号转变为电信号，从而加以检测，基体电极可采用碳质电极(石噩电板、玻碳电极、碳棚电极)、R 电极及相应的修饰电极。

当酶电极漫入被测溶液，待测底物进入酶层的内部并参与反应，大部分酶反应都会产生或消耗一种可植电极测定的物质，当反应达到稳态时，电活性物质的浓度可以通过电位或电流模式进行测定。

因此，酶生物传感器可分为电位型和电流型两类传感器。

电位型传感辑是指酶电极与参比电极间输出的电位信号，它与被测物质之间服从能斯特关系。

而电流型传感器是以酶促反应所引起的物质量的变化转变成电流信号输出，输出电流大小直接与底物浓度有关。

电流型传感器与电位型传感器相比较具有更简单、直观的效果。

其发展也是经历了许多代的更替。

第一代酶生物传感器是以氧为中继体的电催化。

其缺点(1)响应信号与氧分压或溶解氧关系较大，溶解氧的变化可能引起电极响应的波动；(2) 由于氧的糟解度有限，当溶解氧贫乏时，难以对高含量底物进行测定；(3) 当由酶促反应产生的过氧化氢以足够高的浓度存在时，可能会使很多酶去活化；(4) 需采用较正的电位，抗坏血酸和尿酸等电活性物质也会披氧化，产生干扰信号。

第二代酶生物传感器（电子媒介体型）为了改进第一代酶生物传感器的缺点，现在普遍采用的是第二代酶生物传感器，即介体型酶生物传盛器。

第二代生物传感器采用了含有电子媒介体的化学修饰层.此化学修饰层不仅能促进电子传递过程，使得响应的线性范围拓宽，电极的工作电位降低，同时，噪声、背景电流及干扰信号均小，且由于排除了过氧化氢，使得酶生物传感器的工作寿命延长.电子媒介体在近十年以来得到迅速发展，使用的媒介体种类也越不越多。

第三代酶生物传感器（直接电子传递型）是酶与电极间进行直接电子传递，是生物传感器构造中的理想手段.这种传感器与氧或其它电子受体无关，无需媒介体，即所谓无媒介体传感器，但由于酶分子的电活性中心深埋在分子的内部，且在电极表面吸附后易发生变形，使得酶与电极间难以进行直接电子转移，因此采用这种方法制作生物传感器有一定难度.。

到目前为止，只发现辣根过氧化物酶、葡萄糖氧化酶、醋氨酸酶、细胞色素C过氧化物酶、
超氧化物歧化酶、黄嘿岭氧化酶、微过氧化物酶等少数物质能在合适的电板上进行直接电催化。

1、在实际中的应用有电流型胆固醇传感器（胆固醇测试仪），血清中总胆固醇（total cholesterol，TC）包括游离胆固醇（free cholesterol，FC）和胆固醇（cholesterol ester，CE）两部分。

在血清中以游离态存在的胆固醇约占总胆固醇的27%。

中国正常人血清的总胆固醇量约为：3.0~5.20mmol/L。

血液中胆固醇含量过高，表示胆固醇代谢可能发生障碍。

冠状动脉粥样硬化患者的血清胆固醇含量往往偏高。

因此临床化验上测定血清胆固醇含量将有助于诊断某些疾病。

2、尿酸电化学传感器。

尿酸是核酸中嘌呤分解代谢的产物，正常值2~7mg/dL，尿酸测定对于诊断痛风十分有帮助。

通过检测尿酸酶催化反应的反应物和生成物，进而可以用来测定尿酸的含量。

在分子氧的存在下，尿酸经尿酸氧化酶氧化生成尿囊素、过氧化氢和二氧化碳。

3、嘌呤电化学传感器。

各种生物嘌呤如黄嘌呤、次黄嘌呤、肌苷都可以利用电流型酶电极进行检测。

例如当鱼死后其组织中的腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）迅速降解为肌苷单磷酸（IMP），IMP进一步经酶分解导致了次黄嘌呤（Hx）积累，因此次黄嘌呤浓度大小可作为鱼类新鲜程度的指示剂。

采用电流型传感器检测各种生物嘌呤的酶反应中消耗氧或产生过氧化氢。

4、大肠杆菌改良型葡萄糖传感器。

利用大肠杆菌中的葡萄糖脱氢酶（mGDH）对氧分子的不敏感型而降低干扰。

此传感器把大肠杆菌细胞固定在附有苯醌的石墨电极上，中间夹有一层透析膜。

检测葡萄糖浓度达0.2-10mM，响应时间在2min左右，此葡萄糖传感器用EDTA 处理后可再度使用。

小结：
酶电化学生物传感器在生活中应用广泛，且其未来发展不可估量。

作为新世纪的我们，更作为医学生，多多了解酶电化学生物的各种特点，及其应用更能让我深入了解自己专业。

未来的生物传感器将会和计算机完美紧密的结合，更能自动采集数据、处理数据、更科学、更准确的提供结果、实现采样、进样、最终完成检测的自动化系统。

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