电化学传感

Bioengineering

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Summary

电化学生物传感器通过传感氧化还原事件来检测靶分子的结合。 这些传感器为现代传感在葡萄糖生物传感器发明之后铺平了道路。 本视频将介绍电化学传感, 显示葡萄糖生物传感器的工作原理, 并讨论电化学传感器在肿瘤检测中的应用。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 生物工程. 电化学传感. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

电化学传感器利用了许多生物过程的自然氧化还原特性, 如酶催化和其他结合事件。电化学传感器利用通常与氧化还原活性酶功能化的电极。当靶分子参与与酶的反应时, 电子的增益或损耗被测量并与浓度有关。在本视频中, 我们将回顾电化学传感原理。然后描述一个例子的基础电化学传感器, 血糖生物传感器。

首先让我们深入探讨电化学生物传感器背后的一般概念。像经典的电化学电池一样, 这些传感器通常由三电极组成。工作电极、计数器电极和参考电极。反应发生在工作电极上。当计数器电极完成电路时。参考电极为氧化还原电位提供稳定的参考点。电极材料是根据传感器的类型、要检测的分析物以及使用的测量技术来选择的。为了提高靶分子的特异性, biorecognition 元素, 如互补酶、抗体或单链 DNA 被固定在电极表面上, 用于捕获相应的靶分子。然后应用电信号。导致目标的减少或氧化。这会产生一个多余的或缺陷的电子被检测到。现在, 以经典的三电极电池为例, 让我们来看看电化学传感器如何测量这个氧化还原事件。电化学系统分为不同的类别-安培, 电位, 和 impedimetric 基于输出信号的类型测量。安培装置测量电压已知时工作和计数器电极之间电流的变化。电压输入要么保持恒定值, 要么作为线性斜坡, 或者在两个值之间连续循环。所测得的氧化或还原电流变化与分析物浓度成正比。有关此技术的更多信息, 请参阅我们的循环伏安视频。电位器件测量在恒定电流下的工作电极和基准极之间的电压变化。然后可以利用电位的变化来计算溶液的浓度。最后, impedimetric 装置测量分析物溶液的电导率的变化。通过测量工作时间和计数器电极之间的电流变化。已知输入/C 电压频率。从这电流在电压分析物解答的阻抗被计算。当分析物溶液的电导率增加时, 这种阻抗减小。当分析物溶液的电导率降低时, 就会增加。

在综述了原理和不同类型的电化学传感的基础上, 让我们来看看电化学生物传感器的工作, 即手持式血糖传感器的例子。当前每日家庭测试血糖水平使用的电极是屏幕上打印的一次性带。这些电极条, 或电路, 然后涂上的酶和调停层, 液体排汗层, 和电路保护膜。都是由薄薄的粘合板和垫片一起举行。该条的液体排汗层有助于血液细胞分离。因此, 只有血液血清达到酶和中介覆盖电极。最后, 在电极之间施加电压。从而引发葡萄糖酶介导氧化还原反应。在固定化的介导酶层上, 血清中的葡萄糖转化为葡萄糖酸。同时减少酶的葡萄糖氧化。减少的酶还原到其氧化状态, 失去了电子的中介分子, 从而减少了调解人。现在, 这种减少的介质充当介导-酶层和下面电极层之间电子的穿梭机。它在电极表面丢失电子并且被氧化。在电极上产生电流。这种电流的增加, 在一个给定的电位测量, 与样品中的葡萄糖浓度成正比。

在回顾了葡萄糖氧化酶的电化学后, 让我们来快速看看在病人身上使用的葡萄糖传感器。这项测试的血液是使用安全柳叶刀收集的。然后, 收集的血液被仔细地发现在血液收集区的一次性带的准确测试。葡萄糖计计数的电子沉积的调解人在电极电流。然后计算出产生这么多电能所花费的葡萄糖量。血糖仪在屏幕上显示该数字。

现在, 我们已经涵盖了血糖传感器的原理和程序, 让我们来看看如何应用电化学传感在其他领域的研究。电化学传感也可以用来检测癌症。在一个传感器系统中, 肿瘤蛋白特异抗体被固定在磁性珠子的表面上。在样品溶液中孵化。其次是第二氧化还原活性检测抗体溶液, 这也是免费的目标。然后利用磁场在电极表面捕获珠子, 并进行安培测量以检测样本中的癌细胞蛋白浓度。最后, 电化学也被用于微生物来产生能量。称为电化学燃料电池。微生物被培养成在燃料电池的阳极或阴极表面形成薄膜。在微生物中氧化还原活性蛋白参与电极的氧化还原反应。它能产生电子并产生为其他应用所利用的能量。

你刚刚看了朱庇特的电化学传感视频这个视频包含了对电化学生物传感器的主要原理的基本概述, 并详细解释了血糖传感器的功能。最后, 我们说明了一些实际应用的电化学传感。谢谢收看

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