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電化學與生物傳感器：一文讀懂電化學生物傳感器

原標題：一文讀懂電化學生物傳感器

01.

電化學生物傳感器

傳感器是一種能夠將從外界探測到的信號（物理條件、化學組成）作為信息以一定方式，如電信號等形式輸出的裝置。

傳感器作為人類感官的延伸被應用于醫學、航天科學以及日常生活中。

其中，電化學生物傳感器是傳感器技術領域的一個新分支，結合了生物與電子檢測技術。

最早提出的生物傳感器原理是用葡萄糖氧化酶與氧電極組合檢測葡萄糖，此后的關于生物（酶）傳感技術的研究逐漸發展為一門交叉學科的綜合技術，在食品檢測、環境監測、藥物以及臨床等方面得到了廣泛應用。

02.

工作原理

電化學生物傳感器以電極作為轉換元件和固定載體，將生物敏感物質，如抗原、抗體、酶、激素等，或者生物本身作為敏感元件固定在電極上，通過生物分子之間的特異性識別作用將目標分子與其反應信號轉化成電信號，如電容、電流、電位、電導率等，從而實現對目標分析物的定性或定量檢測。

電化學生物傳感器中電極充當了電子的給體或受體，模擬生物體系電子傳遞機理和代謝過程，可以測定熱力學和動力學參數。

利用生物反應的特異性和電化學分析方法的靈敏度，結合兩者的實時檢測性，為生物樣品的檢測提供了強有力的手段。

03.

分類

主要是依據敏感元件的不同分為以下幾種：

電化學免疫傳感器

抗體和抗原的結合是一對一的，利用這一點，電化學免疫傳感器將免疫物質固定在電極表面作為敏感元件，將抗原/抗體反應達到平衡狀態后的生物反應信號→電信號通過電極輸出。

其優點在于利用抗體的強特異性，省略樣品預分離步驟，節省分析時間的同時保證了分析結果的可靠性。

電化學免疫傳感器分為直接型和間接型，區別在于是否采用標記物。直接電化學免疫傳感器直接依靠抗體或者其攜帶的大量電荷在發生免疫結合時產生的電化學變化，從而測得阻抗、離子通透性、電導率等參數的改變。

間接電化學免疫傳感器則需要利用標記物放大免疫反應的信號，再間接測定免疫物質的濃度。

電化學酶電極傳感器

高中課本說酶催化作用具有高效性和專一性，這里以酶作為敏感元件，電極作為轉換元件，通過酶的催化作用將不可檢測的底物轉化為可被電化學方法檢測的產物。電化學酶傳感器的發展大致經歷了三個階段：

第一代，通過測定反應過程產生或者消耗的電活性物質來確定被測物的濃度。葡萄糖氧化酶(Glucose oxidase, GOD)電極，通過檢測氧氣的消耗、過氧化氫的產生或者酸度的變化來間接測定葡萄糖的含量。

第二代，以媒介體進行酶的電活性中心與電極之間的電子溝通，通過檢測電極上媒介體被氧化所產生的電流變化反應底物濃度的變化。金屬油雞課上學到的二茂鐵及其衍生物是常用媒介體喔~

“

沒錯

是我

”

第三代，將酶固定到電極表面，使酶的氧化還原活性中心與電極直接“交流”，面對面更好辦事。

電化學DNA傳感器

DNA具有儲存和傳遞信息的功能，在生物的生長、繁殖、發育、遺傳、變異和轉化等生命活動中具有十分重要的作用。對于遺傳病、傳染病以及腫瘤等疾病診治方面，檢測基因與其表達產物蛋白質、分析外源基因的變異性與多態性質顯得尤為重要。

電化學DNA傳感器主要檢測核酸的雜交反應，它以電極為換能器，單鏈或基因探針為敏感元件，與識別雜交信息的電活性指示劑共同構成。

在適當的溫度、pH和離子強度下，被固定在電極表面的DNA探針分子能與目標物選擇性雜交，形成雙聯DNA，導致電極表面結構發生改變，從而改變電極的信號傳導，通過檢測電信號的變化來達到檢測目標物或特定基因的目的。

04.

制備

首要大事是固定生物敏感元件。（敲黑板）

①在一定的空間內限制生物敏感元件

②不能妨礙待測物的自由擴散

目前電極表面生物材料的修飾方法主要有：

05.

應用

啥都不說了，看下表吧

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電化學與生物傳感器：電化學與生物傳感器

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電化學與生物傳感器
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《電化學與生物傳感器》主要介紹當前最常用的電化學傳感器裝置的原理、設計及在生物醫學中的應用。通過討論傳感器的近期發展，便于科研工作者歸納文獻，開展研究工作。《電化學與生物傳感器》適用于所有對化學傳感器和生物傳感器的發展和應用感興趣的科學家、工程師及研究生。電化學與生物傳感器的發展是分析研究中最活躍的領域之一。除了電化學與生物傳感器的背景知識，《電化學與生物傳感器：原理、設計及其在生物醫學中的應用》還涉及不同類型傳感器的內容。
書    名
電化學與生物傳感器
作    者
張學記
出版社
化學工業出版社
出版時間
2009年7月1日
頁    數
16開
定    價
88 元
開    本
16 開
ISBN
目錄
1
內容簡介
2
編輯推薦
3
作者簡介
4
圖書目錄
電化學與生物傳感器內容簡介
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本書詳細論述了常用的電化學傳感器裝置的原理、設計方法及其在生物醫學方面的應用；綜述了離子選擇性電極的發展趨勢、電化學免疫傳感器的發展、用于糖尿病檢測的現代葡萄糖生物傳感器、基于納米材料（如納米管或納米晶）的生物傳感器、檢測氮的氧化物和過氧化物的生物傳感器以及檢測殺蟲劑的生物傳感器等；內容涵蓋電化學傳感器和生物傳感器的所有范圍。本書取材新穎，內容豐富。適用于分析化學、材料化學、生物、醫學、臨床檢驗、工業分析、環境監測和農業分析等領域的研究人員使用。
電化學與生物傳感器編輯推薦
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電化學與生物傳感器的發展是分析研究中最活躍的領域之一。本書主要介紹當前最常用的電化學傳感器裝置的原理、設計及在生物醫學中的應用。通過討論傳感器的近期發展，便于科研工作者歸納文獻，開展研究工作。本書適用于所有對化學傳感器和生物傳感器的發展和應用感興趣的科學家、工程師及研究生。除了電化學與生物傳感器的背景知識，本書還涉及不同類型傳感器的內容。包括：設計技術及技巧，不同傳感器的優缺點，傳感器的構造及制作，進一步的發展及應用。
電化學與生物傳感器作者簡介
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張學記，1994年于武漢大學獲博士學位，并于1995年至1999年分別在斯洛文尼亞國家化學研究所（ETH，蘇黎世）和新墨西哥州立大學從事博士后研究。他在傳感器領域有18年的研究經驗及產業化經驗。現任美國World Precision Instruments公司的高級副總裁及南佛羅里達大學的名譽教授，“Frontiers in Bioscience”雜志副主編。發表論文70余篇，授權發明專利12項，并有多項傳感器及裝置實現了產業化。在國際會議及20多個國家的大學做了50余次大會報告及特邀報告。
電化學與生物傳感器圖書目錄
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第1章 NO電化學傳感器1.1 前言1.2 電化學傳感器檢測NO的原理1.3 NO檢測電極的構造1.4 NO電極的標定1.5 NO電極的表征1.6 NO電極的應用1.7 結論及展望1.8 致謝1.9 參考文獻第2章 農藥生物傳感器2.1 前言2.2 生物催化劑在農藥生物傳感器中的應用2.3 基于酶的生物傳感器2.4 農藥免疫傳感器2.5 基于全細胞和細胞組織的農藥傳感器2.6 主要干擾物和樣品預處理2.7 結論2.8 致謝2.9 參考文獻第3章 葡萄糖電化學生物傳感器3.1 簡介3.2 四十年的發展歷程3.3 第一代葡萄糖生物傳感器3.4 第二代葡萄糖生物傳感器3.5 體外葡萄糖檢測3.6 連續實時體內監測3.7 結論與展望3.8 參考文獻第4章 離子選擇性電極的新進展4.1 前言4.2 傳統離子選擇性電極4.3 新的能量轉換原理4.4 新型傳感材料4.5 微型化4.6 結論與展望4.7 致謝4.8 參考文獻第5章 電化學免疫分析及免疫傳感器研究進展5.1 引言5.2 抗體?抗原相互作用5.3 免疫分析及免疫傳感器5.4 抗體固定模式5.5 電化學檢測技術5.6 微流控電化學免疫分析系統5.7 結論5.8 參考文獻第6章 超氧化物電化學及生物傳感器：原理、進展及應用6.1 超氧化物的化學和生物化學過程6.2 O2生物檢測綜述6.3 O2電化學及O2電化學傳感器6.4 O2電化學傳感器6.5 結論及展望6.6 致謝6.7 參考文獻第7章 場效應器件檢測帶電大分子：可行性和局限性7.1 引言7.2 裸EIS傳感器和功能化EIS傳感器結構的電容?電壓特性7.3 利用大分子自身所帶電荷直接檢測DNA7.4 免指示劑檢測DNA的新方法7.5 利用聚電解質層和合成DNA的檢測結果7.6 結論與展望7.7 致謝7.8 參考文獻第8章 生物樣品中H2S產物的電化學傳感器第9章 免疫傳感器的最新進展第10章 用于體內pH測定的微電極第11章 生物芯片——原理與應用第12章 生物燃料電池第13章 基于電活性無機多晶體的化學及生物傳感器第14章 基于納米粒子的生物傳感器和生物分析第15章 基于碳納米管的電化學傳感器第16章 基于溶膠?凝膠材料固定生物分子的生物傳感器第17章 基于蛋白質直接電子轉移的生物傳感器索引
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參考資料
1.

電化學與生物傳感器--原理、設計及其在生物醫學中的應用

電化學與生物傳感器：電化學應用--＞交流阻抗法檢測SARS-CoV-2冠狀病毒

說實話，事業單位很好，當然進公司也是很不錯的選擇。我認為化學類太內卷是因為盲目推崇高校就業。
電極會氧化，可以用氮氣干燥
這種溶出峰應該是你的玻碳電極和參比電極之間電流相比較的差別的體現，當玻碳電極電流和參比電極電流直接的差值恒定的時候，就是基線，如果玻碳電極的電流比這個恒定的差值更大的時候，就是正峰，如果比這個恒定的差值小的時候就是倒峰，最后又回到了恒定值，所以又回到了基線。
明白基線和峰是怎么回事，就應該容易找出波碳電極電流變小的原因的，我覺得可能你選的參比電極可能是Ag/AgCl電極，而你的測試溶液里可能有Ag+離子，因此，你的參比電極測出來的電流并不是恒定的，而是變大了，在波碳電極的電流又回到了基線的電流水平的時候，銀電極的電流還是大的，所以會出倒峰。
硅基羅丹明展示出優異的光穩定性、較高的水溶性以及近紅外發光。通過引入不同Hammett常數的取代基可精確調控硅基羅丹明光譜性質。
硅羅丹明染料的合成開發研究方興未艾。硅取代氧形成的硅羅丹明不但保留了羅丹明優異的光物理性質，而且使光穩定顯著提高，光譜紅移至近紅外光區。目前，羅丹明的常見合成方法有1）芳基鋰試劑和硅雜蒽酮的親核加成反應；2）硅橋連雙親核試劑與芳基酰氯或羧酸酯反應；3）CuBr2或對甲苯磺酸催化的二芳基硅醚中間體與芳基醛固相反應。
Hochest-SiR
產品英文名稱：Hochest-SiR
外觀：實心
分子式：C54H55N9O4Si
分子量：922.18
儲存條件：-20°C，在黑暗中
結構式：
SiR-PEG4-Me-tetrazine
產品英文名稱：SiR-PEG4-Me-tetrazine
外觀：實心
分子式：C46H55N7O8Si
分子量：862.07
儲存條件：-20°C，在黑暗中
純度 98%
貨期 一周
包裝：瓶裝/袋裝
地址：西安
結構式：
SiR-PEG4-DBCO 硅基羅丹明-四聚乙二醇-二苯基環辛炔
產品英文名稱：SiR-PEG4-DBCO
產品中文名稱：硅基羅丹明-四聚乙二醇-二苯基環辛炔
外觀：實心
分子式：C56H63N5O9Si
分子量：978.23
儲存條件：-20°C，在黑暗中
結構式：
SiR-COOH 硅基羅丹明-羧基
SiR-Maleimide 硅基羅丹明-馬來酰亞胺
SiR-NHS ester 硅基羅丹明-琥珀酰亞胺酯
SiR-tetrazine 硅基羅丹明-四嗪
SiR-Me-tetrazine 硅羅丹明-四嗪熒光探針
SiR-DBCO 硅基羅丹明-二苯基環辛炔
SiR650-BG 硅基羅丹明-芐基鳥嘌呤
小編：axc
SnO2通過轉化和合金化反應存儲鋰，被認為是最典型的負極材料之一，并在機理探索和性能調整方面得到了廣泛的研究。然而，在 SnO2電極上形成的固體電解質中間相 (SEI) 的結構及其演化過程很少被關注且仍然知之甚少。
在此，華南理工大學胡仁宗教授等人全面研究了SnO2薄膜電極的SEI組成和結構演變。通過飛行時間二次離子質譜（TOF-SIMS）可以在基于SnO2的電極中觀察到SEI的雙層混合結構，由靠近電解液的外部有機SEI (O-SEI) 層和靠近SnO2電極的內部無機SEI (In-SEI) 層組成。
多尺度觀察揭示了合金化反應后的SEI積累和有機層在去轉化反應以上電位時的明顯溶解，這導致無機層直接暴露在電解液中，從而變得厚實和不均勻。破碎和厚的SEI導致容量快速衰減和97.5% 的低庫侖效率 (CE)。
圖1. SEI的TOF-SIMS表征及SnO2電極的結構演變
因此，作者證明了當SnO2電極預涂有LiF或Li2CO3時，會誘導形成堅固且薄的 SEI層并在連續循環中穩定，從而提高循環穩定性并將CE提高到99.5%。
這項工作為 SnO2負極上的SEI演化機制增加了新的見解，強調了在開發高性能負極中形成堅固SEI膜的重要性，并提出了一種為鋰離子電池制造高性能金屬氧化物負極的有效策略。
圖2. SnO2、SnO2-LiF和SnO2-Li2CO3電極的SEI形成過程和結構演變
Multiscale Observations of Inhomogeneous Bilayer SEI Film on a Conversion-Alloying SnO2Anode，Small Methods 2021. DOI: 10.1002/smtd.
最后12小時！Materials Studio零基礎培訓：揭秘高手私藏的建模、計算與分析技巧！?mp.weixin.qq.com/s/8BIUKxYAqNR8RPjhbjVy3A【機器學習+材料】零基礎培訓帶你快速入門，抓住科研新風口！?mp.weixin.qq.com/s/D_uGZY1owu24ECyuazjtawVASP催化計算培訓，6天30個專題，超強課程帶你橫掃DFT難點！?mp.weixin.qq.com/s/0rWMStjAvmBVxLWCY6r_dw
嚴重急性呼吸系統綜合征（SARS-CoV-2）是全球大流行的病原體，已導致100多萬人死亡，報告病例數千萬，因此需要一種可在現場環境下操作的快速、準確和便攜式檢測機制。
基于帶有便攜式電化學裝置的紙張基底的電化學傳感器，可以證明是減輕該疾病對經濟和公共健康影響的一種極好的替代方法。
文章來源于《Screen-Printed Graphene/Carbon Electrodes on Paper Substrates as Impedance Sensors for Detection of Coronavirus in Nasopharyngeal Fluid Samples》，提出了一種利用抗SARS-CoV-2刺突抗體IgG檢測SARS-CoV-2刺突蛋白(RBD)的阻抗生物傳感器。
這種利用絲網印刷電極的無標簽平臺基于探針的氧化還原反應阻抗原理工作，可以直接檢測鼻咽液中的抗原峰以及在通用傳輸介質（UTM）中采集的病毒樣本。
高導電性石墨烯/碳墨水用于此目的，以便具有較小的背景阻抗，從而導致更寬的檢測動態范圍。
通過化學實體或生物實體將抗體固定在電極表面以觀察其效果；其中，生物固定化可增強抗體負載，從而提高靈敏度。
紙基免疫化學傳感器修飾優化方案的CV和EIS表征：
在這兩種情況下，定量限都非常低（即0.25 fg/mL），但是，基于生物實體的固定化的線性范圍要寬3個數量級。
不同濃度RBD的傳感器響應在稀釋的鼻咽樣本中直接加標，并通過線性回歸方程獲得相應的校準曲線：
傳感器的特異性也針對高濃度H1N1流感抗原進行了測試，但沒有明顯的反應。最優化的傳感器用于識別陰性和陽性的COVID-19樣本，具有極高的準確性和精密度。
文章中所用的電化學分析儀,由荷蘭PalmSens公司提供的PalmSens4和Sensit BT兩種型號的電化學分析儀。
需要了解更多電化學方面的知識，請關注我們或進入PalmSens中文網站：“

電化學與生物傳感器：電化學生物傳感器前景

描述

　　電化學生物傳感器
　　傳感器與通信系統和計算機共同構成現代信息處理系統。傳感器相當于人的感官，是計算機與自然界及社會的接口，是為計算機提供信息的工具。電化學生物傳感器是指由生物材料作為敏感元件，電極（固體電極、離子選擇性電極、氣敏電極等）作為轉換元件，以電勢或電流為特征檢測信號的傳感器。
　　根據作為敏感元件所用生物材料的不同，電化學生物傳感器可分為：（1）酶電極傳感器；（2）微生物電極傳感器；（3）電化學免疫傳感器；（4）組織電極與細胞器電極傳感器；（5）電化學ＤＮＡ傳感器。
　　電化學與生物傳感器是由化學、生物學、物理學、醫學、電子技術等多種學科相互滲透發展起來的高新技術，具有選擇性好、靈敏度高、分析速度快、成本低的特點，能在復雜體系中進行在線連續監測，廣泛應用于化學、生命科學、生物醫學、環境監測、食品、醫藥和軍事等領域。
　　電化學生物傳感器前景
　　近年來，隨著生物科學、信息科學和材料科學發展成果的推動，電化學生物傳感器技術飛速發展。今后一段時間里，電化學生物傳感器的研究工作將主要圍繞選擇活性強、選擇性高的電化學生物傳感元件;提高信號檢測器的使用壽命;提高信號轉換器的使用壽命。可以預見，未來的電化學生物傳感器將實現功能多樣化、微型化、智能化、集成化等特點。
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