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生物酶电化学传感器发展阶段

来源:发布时间:2018-11-07

现在对于生物传感器的应用,已经越来越广泛,在生物传感器中,酶电极是研究最为广泛的生物传感器。其中主要是由于酶具有灵敏度高、专一性好、仪器简单、相应速度快等特点。今天来看看生物酶电化学传感器发展阶段。

生物传感器

为解决酶的活性中心与电极之间的电荷转移问题,生物酶电化学传感器主要发展有三个阶段。

第一阶段的酶电极以氧气作为电子受体,以葡萄糖氧化酶传感器为例,反应过程如(1)、(2)。GOx (FAD) 氧化态葡萄糖酶将葡萄糖氧化为葡萄糖内酯酸,同时还原态酶GOx(FADH2) 将溶液中氧气还原为过氧化氢,通过测定反应过程中氧气或过氧化氢的浓度变化量来间接测定葡萄糖浓度。但这一阶段的传感器极易受环境中氧气的影响,抗干扰能力差。

GOx (FAD) + glucose→GOx(FADH2)+ glucolactone   (1)

GOx(FADH2) + O2→GOx(FAD) + H2O2     (2)

第二阶段的传感器是在生物酶与电极之间增加用于电子传递的介体层,替代氧气作为电子受休,克服了受干扰性的问题。利用可快速进行氧化还原反应的介体材料作为酶活性中心与电极表面电子传递的中间体,反应过程如 (3)、(4)、(5)。氧化态酶氧化底物转化为还原态酶,同时将介体物质还原氧化的过程将反应电荷传递至电极表面,通过电荷量来表示反应底物浓度。但介体材料容易扩散,这对介体材料的固定提出了更高要求。

GOx (FAD) + glucose→GOx(FADH2) + glucolactone    (3)

GOx(FADH2) + 2Medox + 2e-→GOx (FAD) + 2Medred + 2H+   (4)

2Medred→2Medox + 2e-    (5)

第三阶段的酶电极传感器不需要氧或介体作为电子受体,而是利用化学方法把生物酶蛋白肽链打开将酶活性中心暴露或对电极表面进行特殊处理,将生物酶固定于电极表面,在催化氧化反应物的同时直接与电极发生电荷交换,反应过程如(6)、(7)。然而,受生物酶自身性质电子传输效率仍然有限。

GOx (FAD) + glucose→GOx(FADH2)+glucolactone  (6)

GOx(FADH2 ) + 2e-→GOx(FAD)+ 2H+   (7)

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