生物传感器的结构一般有两个主要组成部分：其一是生物分子识别元件（感受器、生物膜），是一种或数种相关的具有分子识别能力的生物活性材料（如组织切片、细胞、细胞器、酶、有机物分子等），其二是信号转换器（换能器），能把生物活性表达的信号转换为电信号的物理或化学换能器，包括电化学电极、光学检测元件、热敏电阻等。第30页，共60页，星期日，2025年，2月5日生物传感器的分类与命名：生物传感器的分类和命名方法较多且不尽统一，主要有两种分类法，即分子识别元件分类法和器件分类法。按所用生物活性物质(分子识别元件)的不同，可以将生物传感器分为五大类，即酶传感器(enzymesensor)、微生物传感器(microbialsensor)、免疫传感器(immunolsensor)、组织传感器(tissuesensor)和细胞器传感器(organellesensor)；按器件分类是依据所用变换器器件不同对生物传感器进行分类，即生物电极(bioelectrode)、半导体生物传感器(Semiconductbiosensor)、光生物传感器(opticalbiosensor)、热生物传感器(calorimetricbiosensor)、压电晶体生物传感器(piezo-electricbiosensor)。关于个别生物传感器的命名，一般采用功能+构成特征的方法，如葡萄糖氧化酶电极、谷氨酸脱氢酶电极、BOD微生物电极、葡萄糖酶光纤传感器等，如图8-17所示第31页，共60页，星期日，2025年，2月5日图8-17生物传感器的分类第32页，共60页，星期日，2025年，2月5日8．2．1酶传感器酶传感器是问世最早、成熟度最高的一类生物传感器。它是利用酶的催化作用，在常温常压下将糖类、醇类、有机酸、氨基酸等生物分子氧化或分解，然后通过换能器将反应过程中化学物质的变化转变为电信号记录下来，进而推出相应的生物分子浓度。因此，酶传感器是间接型传感器，它不是直接测定待测物质，而是通过对反应有关物质的浓度测定来推断底物的浓度。第33页，共60页，星期日，2025年，2月5日8．2．1．1酶反应酶的基本特征包括两个方面：其一：酶是生物体内产生并具有催化活性的一类蛋白质，此类蛋白质表现出特异的催化功能，因此，酶被称为生物催化剂。其二：酶反应具有高度专一性的特点，一种酶只能作用于某一种或某一类物质(被酶作用的物质称为底物)，因而有“一种酶，一种(类)底物”之说。第34页，共60页，星期日，2025年，2月5日酶催化的专一性是由酶蛋白分子(特别是分子中的活性部位)结构所决定的，根据酶对底物专一性程度的不同，大致可分为三种类型：第一种类型的酶专一性较低，能作用结构类似的一系列底物，可分为族专一性和键专一性两种。族专一性酶对底物的化学键及其一端有绝对要求，对键的另一端只有相对要求；键专一性酶对底物分子的化学键有绝对要求，而对键的两端只有相对要求。第二种类型的酶仅对一种物质有催化作用，它们对底物的化学键及其两端均有绝对要求。第三种类型的酶具有立体专一性，这类酶不仅要求底物有一定的化学结构，而且要有一定的立体结构。第35页，共60页，星期日，2025年，2月5日8．2．1．2酶传感器酶传感器是由酶敏感膜和电化学器件构成的，利用酶的特性可以制造出高灵敏度、选择性好的传感器。应该指出，酶传感器中酶敏感膜使用的酶是将各种微生物通过复杂工序精炼出来的，因此，其造价很高，性能也不太稳定。酶的催化反应可用下式表示：式中S－待测物质；E－酶；T－反应温度，单位℃；Pi－第i个产物。酶的催化作用是在一定的条件下使底物分解，故酶的催化作用实际上是加速底物的分解速度。第36页，共60页，星期日，2025年，2月5日按输出信号的不同，酶传感器有两种形式:一是电流型酶传感器；二是电位型酶传感器，即以离子作为检测方式，表8－1给出了酶传感器的种类。第37页，共60页，星期日，2025年，2月5日下面以葡萄糖酶传感器为例说明其工作原理与检测工程。葡萄糖氧化酶电极是研究最早、最成熟的酶电极。它是由葡萄糖氧化酶膜和电化学电极组成。葡萄糖酶传感器的葡萄糖氧化酶膜固定在聚乙烯酰胺凝胶上，其电化学器件为Pt阳电极和Pb阴电极，中间溶液为强碱溶液，并在阳电极表面覆盖一层透氧气的聚四氟乙烯膜，形成封闭式氧电极(见图8－18)。第38页，共60页，星期日，2025年，2月5日