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生物電極
鎖定
- 中文名
- 生物電極
- 外文名
- biological electrode
- 分類方法
- 按識別元件不同
- 應 用
- 醫學、發酵工業、生化分析
生物電極研究發展
1962年Clark等人提出把酶與電極結合來測酶底物的設想,Updike 等人於1967年完成酶的固定化技術,研製出世界上第一支葡萄糖酶電極,開創了生物傳感器的歷史;此後,各種類型的生物傳感器相繼得到發展;進入80年代以來,生物技術和傳感技術的提高和應用,更是帶動了生物傳感器的發展,使之在國際上引起廣泛研究。
在生物傳感器中,與電化學基礎電極相結合的電化學生物傳感器始終佔有最重要的地位,這類傳感器又稱生物電極,它發展早、普及快,研究內容豐富。
生物電極分類
生物電極酶電極
(1)吸附法。此法是通過化學吸附或物理吸附作用將酶吸附於穩定的固相載體上,如硅藻土、活性炭、甘蔗渣等等;
(3)交聯法。此法是採用如戊二醛之類的雙功能基團,使酶分子之間交聯聚合成網狀結構而固定化。
(4)包埋法。此法是將酶包裹於如聚丙烯酰胺、瓊脂糖等凝膠格子中,或包裝於如脂質體、微孔尼龍等,具半透膜性質的衞星膠囊中。
生物電極生物組織膜電極
生物組織膜電極出現於1978年,它直接利用生物組織,將生物組織切成薄片製成薄膜後再覆蓋在骨架電極上。生物膜電極可分為動物組織膜電極、植物組織膜電極和複合組織膜電極三種。
(1)動物組織膜電極。此類電極是以動物組織為原料切成薄片,與氣敏電極組合一起而製成的生物電極,如取出動物的新鮮組織切成薄片,製成組織膜,裝於氣敏電極的透氣膜上,蓋上透析紙並加以固定即成。測定時,被測定的化合物(如蛋白質、氨基酸)經催化水解,生成對電極有響應的物質,根據生成產物的量即可求出被測定化合物的含量。
生物電極微生物電極
1977年Rechnitz等人首先報道了微生物電極,用於測定氨基酸。其結構原理和固定化酶一樣,將微生物固定在一薄膜上,然後組裝在電極上。其後又出現了多種微生物電極,如枯草桿菌電極和沙門氏菌電極。
(1)枯草桿菌電極:此電極含有兩種微生物——B.Subtilis M45(Rec-)、B.Subtilis H17(Rec+),和一隻氧電極。
(2)沙門氏菌電極:此電極由一層濾膜和一隻氧電極構成,沙門氏菌固定在濾膜上。
生物電極免疫電極
此類電極是根據生物免疫化學反應的原理所構成。免疫反應中分有標記的和非標記的免疫反應兩類,因此相對應的免疫電極亦有有標記的和非標記的免疫電極兩類。
非標記免疫電極是應用抗原和抗體親和反應使之形成抗體-抗原複合體,由此產生的物理變化可直接轉變為信號而為免疫電極。抗原和抗體膜都為具電荷的蛋白質,在形成抗體-抗原複合物時,膜的電荷密度和膜中離子遷移率均發生改變,導致膜電位發生顯著變化而檢出。
抗體電極有抗DNP電 極、抗BSA電極和抗HCG電極等。抗DNP電極:此包極為電抗體敏感膜和電極體二者的組合物。電極膜以二苯並-18-冠-6為離子載體,半抗原為二硝基苯酚(DNP),二者經共價偶聯製成薄膜,切成適當大小後與電極體組合一起即成。胰島素免疫電極:以溴化醋酸纖維素為載體,將胰島素與之偶合成電極膜,再與氧電極組裝即成。
標記電極有酶標記免疫電極和脂質體標記免疫電極等。
生物電極應用
生物電極是一種具有極高選擇性的電極。許多生物體和生物材料對某些分子具有專一性。受體、抗體、細胞器、微生物、動植物組織和其他許多生物材料均可以用作為生物電極的生物層膜。作為生物電極的骨架裝置,除現有的各種離子選擇電極外,人們正把注意力集中在半導體器件上,希望生物電極更為小型化。同時,還希望研製出多功能的生物電極。生物電極已在生化分析、醫學分析、藥物分析、食品分析等方面得到應用。
(1)在醫學上的應用已有:用胰島素免疫電極測定血液中胰島素的濃度;用 酶標記電極測定體液中藥物濃度;用葡萄糖氧化酶電極診斷糖尿病;用甲胎蛋白免病電極進行早期肝癌診斷;用血型抗體電極檢查血型等。
(2)在發酵工業中,已用一種吸收乙醇的微生物(酵母)固定化膜與氧電極結合製成的微生物電極,測定發酵時氧耗量,從而求出發酵液中乙醇的含量。
(3)在生化分析上,生物電極可用來測定氨基酸、核苷酸、維生素、抗生素等的含量。
- 參考資料
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- 1. 生物電極的最新發展 .百度學術.1994[引用日期2017-10-19]