纳米技术在生物传感器及检测中的应用

纳米生物技术是纳米技术与生物技术交叉渗透形成的新技术,是纳米技术的重要组成部分,也是将来生物医学领域中的一个重要发展方向.纳米颗粒是生物医学中研究最多、应用最广的纳米材料,有着许多独特的性质.本文叙述了近年来国际上以纳米颗粒为基础的纳米技术在生物传感器及生物检测中的研究成果和进展,介绍了纳米颗粒的制备方法,以及它们在纳米生物传感器和纳米生物芯片中的应用,结合纳米病原微生物检测也介绍了我们进行的有关免疫传感器检测细菌的研究成果.最后,对该领域的应用前景进行了展望.     

新型酶-微生物混合型传感器的研究

为了检测瓦斯中甲烷气体的浓度.在甲烷生物传感器基础上,利用甲烷单加氧酶在氧气中的催化特性,制备成固定化酶膜与甲烷氧化的微生物固定化层一起装在氧电极上,使传感器中催化剂的性能更好.分析了这种酶-微生物混合型传感器的工作原理、组成结构及微生物的固定方法.并通过实验证明这种传感器响应迅速,稳定性、重复性和精度较之传统的生物传感器有所提高.     

检测掺假牛奶的电子鼻传感器阵列的优化

目前电子鼻在食品领域已有广泛的应用,由于气味组成成分复杂,仅用单个气体传感器是无法评定气体质量的,因此气体传感器阵列应运而生.在对不同的食品进行检测时,电子鼻的传感器阵列的构成是不同的.运用PEN2便携式电子鼻对掺假牛奶进行检测,用方差分析、主成分分析和聚类分析对信号进行分析,得到由8个传感器组成的用于检测掺假牛奶的最佳传感器阵列.用这8个传感器组成的传感器阵列对掺假牛奶进行检测区分,结果用LDA方法(线性判别式分析)进行分析,在LDA分析图上,不同比例掺假的牛奶能被明显地区分.新的传感器阵列具有较少的传感器和与原传感器阵列相同的检测区分能力.     

细胞传感器

1引言 细胞传感器是微生物传感器的一个重要分支.微生物传感器依据微生物响应机理的不同可分成如下两种:一种是利用微生物体内的各种酶系及代谢系统来检测相应底物,这类统称为间接型微生物传感器;另一种是利用微生物本身能直接在电极上反应的特性来检测某一物质量,这类称为直接型微生物传感器.前者微生物起到了生物催化剂的作用,后者微生物与电极真正建立了电化学关系.为了同间接法区别,我们称之为细胞传感器.从广义上讲,细胞传感器除微生物传感器外,还包括动物细胞传感器及植物细胞传感器.     

一种微生物检测的生物电化学方法研究

本文对细菌的代谢过程和基质氧化还原机理进行分析研究中,将生物电池应用于色素还原试验法,通过对细菌中氧化还原作用而生成的电子数的计测,以实现对细菌数的测定.由此研制成一种能快速测定奶乳制品中细菌含量的电化学生物传感器,对牛奶中的杂菌进行了测量,实验结果表明,该生物传感器能有效的测定鲜奶中的微生物含量.与检测细菌的标准平板培育法比较:该方法具有操作简单、测量速度快的特点,对同一种试样的细菌含量的测定仅需要十分钟,而用标准平板培育法至少需要二十四个小时.同时还能对溶液中细菌的滋生情况进行适时的监测     

表面等离子共振生物传感器检测磺胺类药物残留

利用表面等离子共振光学生物免疫传感器,在金膜芯片表面固定抗原技术,实现了磺胺二甲嘧啶药物的定量检测.介绍了抗原分子膜的生长方法,当配置样品中磺胺二甲嘧啶浓度分别为0,1.2,2.4,8,11.5 mg/L,与工作浓度的抗体混合,测量了传感的信号强度值,得到抑制标准曲线.在无抗牛奶中添加系列质量浓度的磺胺二甲嘧啶样品,利用免疫竞争抑制原理构建标准曲线,检测的浓度线性范围为3～48 mg/L,对浓度为40mg/L的样品,检测的相对标准偏差小于10％,回收率为99％.检测结果表明:基于表面等离子共振的光学生物免疫传感器在磺胺二甲嘧啶药物残留方面具有很好的应用前景.     

电子鼻用于检测掺假牛奶时其传感器阵列的优化

目前电子鼻在食品领域已有广泛的应用，由于气味组成成分复杂，仅用单个气体传感器是无法评定气体质量，因此气体传感器阵列应运而生。在对不同的食品进行检测时，电子鼻的传感器阵列的构成是不同的。本文运用PEN2便携式电子鼻对掺假牛奶进行检测，用方差分析、主成分分析和聚类分析对信号进行分析，得到由8个传感器组成的用于检测掺假牛奶的最佳传感器阵列。用这8个传感器组成的传感器阵列对掺假牛奶进行检测区分，结果用LDA方法 (线性判别式分析) 进行分析，在LDA分析图上，不同比例掺假的牛奶能被明显地区分。新的传感器阵列具有较少的传感器和与原传感器阵列相同的检测区分能力。     

面向新一代测序数据的病原微生物检测算法

病原微生物是导致交叉感染疾病甚至重大传染性疾病传播的重要因素之一,准确检测病原微生物对于感染或传染疾病的有效防御和精准诊疗具有十分重要的意义和价值。传统检测方法往往是采用培养手段进行观察和鉴别,但由于可培养的微生物种类有限,难以满足现代精准医疗中对病原微生物的准确且完备的检测要求。基于DNA分子水平上的病原微生物新型检测手段在当前得到发展和密切关注,其核心问题是如何利用被检样本的DNA测序数据,运用统计计算或机器学习方法判别样本中含有哪些病原微生物。以新一代测序数据为背景,以16S rDNA序列为分析对象,建立一种基于朴素贝叶斯的病原微生物精准检测算法,其核心思想在于：将16S rDNA序列的测序读段与病原微生物参考基因组序列进行比对,依据比对状态提取三种特征,以此构建基于朴素贝叶斯的分类模型,判别病原微生物库中每种微生物在被检样本中是否存在,从而达到病原微生物的精准检测。最后,通过仿真实验验证了所提算法的有效性,并与国际同行算法做了比较,表明该算法的优势。     

SPR生物传感器在食品安全领域的应用研究

使用集成化手持式SpreetaTM SPR传感器快速检测大肠杆菌E.Coli 0157∶H7,利用大肠杆菌抗体的免疫吸附反应,采用亲和素—生物素系统放大检测的响应信号,并引入复合抗体作为第二抗体,整个检测过程在1 h内完成,实现病原微生物的快速检测。     

SPR生物传感器检测牛奶中氨苄青霉素残留

将表面等离子体共振(SPR)传感器的高灵敏性与抗原抗体的高亲和性相结合,通过自组装分子技术将抗生素的单克隆抗体固定到传感器金膜表面,用于特异性吸附牛奶中的抗生素,实现了抗生素残留的快速、痕量检测.由于牛奶的成分复杂,在测量过程中牛奶中的某些成分产生的非特异性固定引入了极大的测量误差.因此,对牛奶进行了脱脂和稀释预处理,通过实验比对发现,对牛奶进行脱脂并稀释4倍后,其产生的非特异性固定基本消除,接近了纯水的测量水平.最后,对预处理后的牛奶进行了多浓度测量,并建立了不同浓度的氨苄青霉素牛奶样品的工作曲线.所采用传感器的最低测量限(LOD)达到了1.56μg/L(变异系数为7.8%),低于欧盟规定的牛奶中氨苄青霉素的最低检出限.     

电子鼻及其在食品领域的应用

介绍了电子鼻的基本原理和组成,不同种类的电子鼻由不同的传感器阵列组成。并在应用方面可以对不同酒类的气味进行鉴别判断;对肉类进行微生物分析;对奶制品进行在线控制;还能够检测饮用水和饮料中不同微生物和重金属的含量;对不同品质的茶类能够迅速识别。     

电阻抗测量法检测微生物的电路设计

为了检测血液中是否存在致病的微生物,根据电阻抗测量法原理,设计了一种检测微生物的压电微生物传感器电路。在分析了电路原理的基础上,推导出电路振荡频率与溶液介电常数的关系式,并结合实验数据,使用PSpice软件进行了仿真实验。仿真结果表明,压电微生物传感器电路可以应用于食品微生物快速检测、血液细菌培养中细菌检测以及溶液浓度检测等领域。     

The Energy Criterion for Quality of Immune Defence and Pathogenicity of Microorganisms

Relationships between the energy cost of immune defence, the disease severity, and the properties of pathogens were investigated. The findings suggested a hypothesis explaining the observed distribution of microorganism pathogenicity. The mechanism supporting stability of this distribution explains emergence of new highly pathogenic strains of microorganisms.     

Impedance spectroscopy on immobilized streptavidin horseradish peroxidase layer for biosensing

In this work, a mixed self-assembled monolayer (SAM) formed by 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-(biotinyl) (biotinyl-PE) and 16-mercaptohexadecanoic acid was grafted on gold electrode. Horseradish peroxidase conjugated streptavidin was attached on the SAM through biotin–streptavidin interaction. Cyclic voltammetry and impedance spectroscopy were applied to characterize the electric properties of the self-assembled monolayer and to monitor biosensor building-up process. During impedance measurements, the charge transfer resistance decreased significantly after enzymatic reaction with hydrogen peroxide. The response was very sensitive in the range of 10–100 mM and the detection limit attained 10 μM. The constructed biosensor was successfully tested in milk samples and was able to detect as low as 50 μM of hydrogen peroxide.     

高灵敏度电容式生物传感器的设计

设计了一种电容式生物传感器,采用组合微叉指电极作为分子识别元件,高精度电容测量电路作为转换元件。经实验验证该传感器具有性能稳定、零点漂移小、灵敏度高等特点,可用于免疫球蛋白(IgG)的检测。     

酶生物传感器的研究进展

介绍了酶生物传感器的原理、特性及其分类;阐述了第一代传感器获得电信号的途径;引入电子传递介体后的第二代传感器的灵敏性和准确性得到提高;实现第三代传感器的酶在电极上固定的方法和材料.对基于直接电子传递的第三代生物传感器的研究现状进行了评述.最后,展望了生物传感器的发展方向.     

生物材料与生物传感器

论述了具有分子识别功能的生物材料的开发应用现状,生物材料的元件化,生物元件的改良,生物传感器的原理及电极式、热敏式、光敏式、声波检测器式生物传感器的研究开发动向,最新成果及未来展望.     

纳米颗粒增强尿酸酶生物传感器的研究设想

文章简要介绍了尿酸酶生物传感器研究的必要性及国内外研究现状;阐述了纳米颗粒增强酶生物传感器的初步机理,并对国内外纳米颗粒增强葡萄糖氧化酶生物传感器的研究进展进行评述.本课题组设想并正在进行有关纳米颗粒增强尿酸酶生物传感器方面的探索研究.     

光纤DNA生物传感器的研究动向

DNA生物传感器是分子生物学与微电子学、电化学、光学等相结合的产物，光纤DNA生物传感器是近年DNA生物传感器中发展最快的一类。介绍了光纤DNA生物传感器的结构原理及研究动向。