第11楼2005/11/27
2.细菌或组织传感器 酶是从各种细菌和动物组织中分离提取出来的,它们在离开原有的自然环境后,便相当不稳定,极易失去其生物活性,从而导致酶传感器的使用寿命很短。酶的孔径约为0.5—1μm,由酶形成细菌或微器官组织之后,其孔径增大至1—10μm,而形成动植物的活体组织之后,其孔径更大。由细菌或组织制成的传感器,其稳定性要好得多,但选择性不如酶传感器,因为细菌或组织中可能有多种功能的酶同时存在。
氨基酸的测定,是细菌或组织传感器的成功应用的一例,其原理如下:
氨基酸扩散至电极表面上的细菌膜或组织膜中,被氨基酸氧化酶催化分解,产生相当量的氨。此氨分子再扩散至电极与生物膜间隙的溶液中,借氨气敏电极进行测定,由此可求得试液中氨基酸的含量。
与酶传感器比较,虽然细菌或组织传感器的使用寿命大大延长,而且可以避免酶的提取和纯化过程。但由于待测底物必须首先扩散到细菌或组织中,再通过酶促反应转换为电极可响应的产物,最后产物才扩散到电极表面进行鉴测。这一过程比较缓慢,因而细菌或组织传感器的响应时间一般较酶电极为长。
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3.免疫传感器 免疫传感器是一类能检测抗原或抗体的传感器。例如利用碘离子选择性电极,可以测定乙型肝炎抗原。这是一种酶免疫分析传感器。制作这种电极时,需要将乙型肝炎抗体固定在碘离子选择性电极表面的蛋白质膜上。测定时,将此电极插入含有乙型肝炎抗原的溶液中,使抗体与抗原结合,再用过氧化酶标记的免疫球蛋白抗体处理,这时就形成了抗原与抗体的夹心结构:
图中实线表示共价健结合,虚线表示抗体与抗原间的静电作用。将此电极插入过氧化氢和碘化物的溶液中,在过氧化酶标记的免疫球蛋白的催化作用下,过氧化氢被还原,而碘化物因被氧化而消耗,碘离子浓度的减少与乙型肝炎抗原的量成正比,由此可推算乙型肝炎抗原的浓度。
另一种有趣的免疫传感器是离子免疫电极。例如载有特定离子的红细胞抗原,能与待测抗体结合。这种结合物能被一种称为补体的酶识别,并使红细胞溶解,释放出细胞所载的离子。这些释放出来的离子可用离子选择性电极来检测。
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五 超微电极
超微电极简称微电极。这种电极的主要特征是其尺寸很小(<100μm),小于其扩散层的厚度。它有很多特殊优点,故在电分析化学特别是生物电分析化学中具有很大的发展潜力。
设有一平面圆盘电极,其半径为rθ,则扩散电流为
T
可见扩散电流为时间的函数。它随时间的增长而减小,直至时间趋近无穷大时,电流达到恒态值(稳态电流)。
一条件,即上式括号中第二项可以忽略,此时电流为稳态电流,其值为
i=4πnFDCr
这样,用超微电极得到的i-E伏安曲线是S型,而不是峰形。
超微电极表面附近的扩散不是线性扩散,而是非线性扩散。超微电极表面有一种极重要的效应,称为边缘效应。边缘效应的大小用σ表示,
式中v为电压扫描速度。当r0→∞时,σ等于0,此时为线性扩散,为普通的圆盘电极。当σ>103时,边缘效应相当明显,为超微电极。
第15楼2005/11/27
由于超微电极的表面积很小,故相应的各类电流的绝对值很小,因此,电解池的iR降常小到可以忽略。这样,它就可以应用于高电阻的溶液,如某些有机溶剂及基本上不加支持电解质的纯水溶液等。在这种情况下,通常为消除iR降而设计的三电极体系就可用简单的两电极体系代替。这种情况对生物体系的测定极为有利,因为它基本上可以实现无破损分析,也不会引起明显的排他性反应。但是,由于电流的绝对值太小,常小于10-9A,故要用pA级电流计进行测量。
超微电极的种类很多,对于生物体系来说,应用最多的是碳纤维电极。超微铂、金、汞等电极在其他许多情况中也用。超微电极有盘、环、球、筒等各种形式。若将多个电极组装在一起,成为一个组合电极,则电讯号增大很多,这对于实际应用当然是很有利的。应该指出的是,超微电极由于制造工艺上的困难而限制了它们的应用。