生物感測器

生物感測器是一類特殊形式的感測器，由生物分子識別元件與各類物理、化學換能器組成，用於各種生命物質和化學物質的分析和檢測。生物感測器融生物學、化學、物理學、信息科學及相關技術於一體，已經發展成為一個十分活躍的研究領域。

本書系統地介紹了生物感測器的基本原理、類型、特點、應用、研究進展和發展前沿，包括生物感測器的生物分子敏感元件基礎及其固定化方法，電化學、微熱學、半導體、聲波、光學、表面等離子體共振等各種原理的生物感測器；同時詳述了DNA、蛋白質、生物計算機的生物晶元、絲網印刷、分子印跡、納米技術等在生物感測器中的應用等。

本書內容豐富，系統性強，反映了生物感測器領域的發展歷程、經典成果和最新進展，並融入了作者多年的研究結果和心得。適合於高等學校生命科學與生物技術、分析化學和感測器技術及相關專業的高年級學生、研究生、教師和科研單位相關專業研究人員參考。

第1章緒論1

1.1生物感測器的發展歷程1

1.2生物感測器的原理和特點6

1.3生物感測器的基本概念與類型7

1.4生物晶元9

1.5生物感測器的商品開發11

1.5.1市場值11

1.5.2酶電極生化分析儀11

1.5.3手持式血糖測定儀11

1.5.4SPR分析儀12

1.6發展趨勢12

參考文獻14

第2章分子識別元件及其生物反應基礎16

2.1概述16

2.2酶及酶反應16

2.2.1酶反應基本概念16

2.2.2酶的作用機理18

2.2.3酶促反應的米氏動力學21

2.3微生物反應22

2.3.1微生物反應的特點22

2.3.2微生物反應類型23

2.3.3分析微生物學25

2.4免疫學反應25

2.4.1抗原25

2.4.2抗體26

2.4.3抗原？部固宸從?27

2.4.4免疫學分析27

2.5核酸與核酸反應28

2.5.1核酸組成與結構28

2.5.2DNA變性30

2.5.3核酸分子雜交30

2.5.4核酸功能31

2.6催化抗體（抗體酶）32

2.7催化性核酸33

2.7.1催化性RNA34

2.7.2催化性DNA35

2.8生物學反應中的物理量變化37

2.8.1生物反應的熱力學37

2.8.2生物發光38

2.8.3顏色反應和光吸收39

2.8.4抗阻變化39

2.9結束語40

參考文獻40

第3章生物敏感元件的固定化42

3.1概述42

3.2基本方法42

3.2.1夾心法43

3.2.2吸附法43

3.2.3凝膠包埋法44

3.2.4共價鍵合法45

3.2.5交聯法48

3.2.6微膠囊法49

3.2.7溶膠？材？膠玻璃50

3.3LB膜技術51

3.4光平版印刷技術53

3.5固定化生物活性材料的性質54

3.5.1固定化酶的穩定性54

3.5.2固定化酶的動力學常數55

3.6結束語56

參考文獻56

第4章電化學生物感測器之一：經典酶電極58

4.1概述58

4.2基礎電極58

4.2.1離子選擇性電極58

4.2.2電流型電極60

4.3生物電極測定方法61

4.4酶電極62

4.4.1臨床診斷用酶電極63

4.4.2發酵與食品成分分析66

4.4.3環境毒物測定69

4.4.4其他酶電極70

4.4.5有機相酶電極70

4.5多功能酶電極72

4.5.1鮮度感測器72

4.5.2滋味感測器74

4.5.3葡萄糖與雙糖和多糖同步測定74

4.6微型酶電極76

4.7結束語77

參考文獻78

第5章電化學生物感測器之二：非酶生物電極80

5.1概述80

5.2微生物電極80

5.2.1微生物電極的特點80

5.2.2微生物電極的應用81

5.2.3其他各種微生物電極87

5.2.4利用微生物感測器研究微生物外源呼吸代謝87

5.3免疫電極91

5.3.1直接免疫電極91

5.3.2間接免疫電極93

5.3.3直接法和間接法的比較95

5.3.4免疫電極再生95

5.4生物親和電極95

5.5生物組織電極96

5.5.1植物組織電極96

5.5.2動物組織電極98

5.6雜合生物電極99

5.6.1複合酶電極99

5.6.2複合微生物電極102

5.6.3酶？參⑸?物雜合電極103

5.7結束語104

參考文獻104

第6章電化學生物感測器之三：介體生物感測器和生物燃料電池106

6.1介體生物感測器106

6.1.1概述106

6.1.2介體生物感測器工作原理107

6.1.3介體酶電極110

6.2生物燃料電池113

6.2.1生物燃料電池基本概念113

6.2.2基本結構113

6.2.3微生物燃料電池114

6.2.4酶生物燃料電池115

6.2.5“拋錨”介體119

6.3結束語119

參考文獻120

第7章電化學感測器之四：DNA電化學感測器122

7.1概述122

7.2DNA在電極上的固定化方法123

7.3DNA電化學感測器類型123

7.3.1直接DNA電化學123

7.3.2間接DNA電化學125

7.3.3特異性氧化還原指示劑125

7.3.4DNA介導的帶電傳輸126

7.3.5納米顆粒電化學放大129

7.3.6CARD??EDEMNA鑒別單核苷酸多態性129

7.3.7各類DNA電化學感測器的特點比較130

7.4結束語131

參考文獻131

第8章電化學感測器之五：直接電化學酶電極135

8.1概述135

8.2原理與特點135

8.3進行直接電化學反應的酶和蛋白質類136

8.3.1氧化還原酶類136

8.3.2氧化還原酶的電子傳遞136

8.3.3亞鐵血紅素138

8.3.4細胞色素C138

8.3.5細胞色素P450139

8.3.6過氧化物酶140

8.3.7血紅蛋白142

8.3.8肌球蛋白143

8.3.9雙功能亞鐵血紅素？裁咐?144

8.3.10PQQ?裁?145

8.4直接電化學酶電極研究進展147

8.4.1納米顆粒在直接電化學電極中的應用147

8.4.2過氧化物酶在電極上的重構147

8.4.3聚吡咯的電子傳遞作用147

8.4.4自組裝雙層脂膜直接電化學電極148

8.4.5一次性受體直接電化學感測器149

8.4.6高鐵血紅素的直接電化學感測器149

8.4.7蛋白膜伏安法149

8.5結束語149

參考文獻150

第9章熱生物感測器153

9.1概述153

9.2酶熱敏電阻系統153

9.2.1熱敏電阻153

9.2.2酶柱154

9.2.3酶熱敏電阻154

9.2.4酶熱敏電阻工作系統155

9.2.5測定方式155

9.3酶熱敏電阻的應用研究156

9.3.1臨床生化分析156

9.3.2免疫學分析157

9.3.3生物工業過程分析與控制158

9.3.4環境污染物分析158

9.3.5各種酶熱敏電阻實例159

9.4微型熱敏生物感測器系統160

9.5雜合熱生物感測器162

9.6結束語162

參考文獻162

第10章壓電晶體生物感測器165

10.1概述165

10.2原理與器件165

10.2.1壓電基質材料165

10.2.2體聲波165

10.2.3表面聲波166

10.2.4Sauerbrey頻率？倉柿抗叵凳?166

10.3液體樣品測定167

10.4氣體樣品測定169

10.5聲波生物感測器的應用170

10.5.1免疫測定170

10.5.2氣味物質測定171

10.5.3病原微生物測定171

10.5.4環境污染物測定171

10.5.5DNA測定172

10.6結束語173

參考文獻174

第11章半導體生物感測器177

11.1概述177

11.2原理與特點177

11.3生物場效應晶體管結構類型179

11.3.1分離型生物場效應晶體管179

11.3.2結合型生物場效應晶體管180

11.3.3酶場效應晶體管差動輸出180

11.4應用研究實例181

11.4.1尿素測定181

11.4.2NAD+??NADH測定181

11.4.3肌酸酐測定182

11.4.4青霉素測定182

11.4.5甲醛測定183

11.4.6有機磷農藥測定183

11.4.7活細胞場效應晶體管184

11.4.8昆蟲觸角天線場效應晶體管185

11.4.9其他用途185

11.5生物場效應晶體管的性能改進185

11.5.1pH?參榷ㄉ?物場效應晶體管185

11.5.2恆電流電位測定法186

11.6關於免疫場效應晶體管186

11.7結束語187

參考文獻188

第12章光纖生物感測器190

12.1概述190

12.2光纖生物感測器190

12.2.1結構與特點190

12.2.2響應動力學分析191

12.2.3生物光纖類型193

12.3熒光染料及性質197

12.3.1熒光過程與熒光光譜197

12.3.2熒光染料197

12.4光纖生物感測器的應用研究201

12.4.1葡萄糖測定201

12.4.2血液成分測定202

12.4.3核酸測定204

12.4.4免疫學分析206

12.4.5環境污染監測207