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1.1　生物传感器的发展历程1

第1章　绪论1

1.2　生物传感器的原理和特点6

1.3　生物传感器的基本概念与类型7

1.4　生物芯片9

1.5.2　酶电极生化分析仪11

1.5.3　手持式血糖测定仪11

1.5.1 市场值11

1.5　生物传感器的商品开发11

1.5.4　SPR分析仪12

1.6　发展趋势12

参考文献14

第2章　分子识别元件及其生物反应基础16

2.1　概述16

2.2　酶及酶反应16

2.2.1　酶反应基本概念16

2.2.2　酶的作用机理18

2.2.3　酶促反应的米氏动力学21

2.3.1　微生物反应的特点22

2.3　微生物反应22

2.3.2　微生物反应类型23

2.3.3　分析微生物学25

2.4　免疫学反应25

2.4.1　抗原25

2.4.2　抗体26

2.4.3　抗原抗体反应27

2.4.4　免疫学分析27

2.5　核酸与核酸反应28

2.5.1　核酸组成与结构28

2.5.3　核酸分子杂交30

2.5.2　DNA变性30

2.5.4　核酸功能31

2.6　催化抗体（抗体酶）32

2.7　催化性核酸33

2.7.1 催化性RNA34

2.7.2　催化性DNA35

2.8　生物学反应中的物理量变化37

2.8.1　生物反应的热力学37

2.8.2　生物发光38

2.8.4　抗阻变化39

8.3.5　细胞色素P450 139

2.8.3　颜色反应和光吸收39

2.9　结束语40

参考文献40

第3章　生物敏感元件的固定化42

3.1　概述42

3.2　基本方法42

3.2.1 夹心法43

3.2.2 吸附法43

3.2.3　凝胶包埋法44

3.2.4　共价键合法45

3.2.5　交联法48

3.2.6　微胶囊法49

3.2.7　溶胶-凝胶玻璃50

3.3　LB膜技术51

3.4　光平版印刷技术53

3.5.1 固定化酶的稳定性54

3.5 固定化生物活性材料的性质54

3.5.2 固定化酶的动力学常数55

3.6　结束语56

参考文献56

4.2　基础电极58

4.2.1　离子选择性电极58

4.1 概述58

第4章 电化学生物传感器之一：经典酶电极58

4.2.2　电流型电极60

4.3　生物电极测定方法61

4.4　酶电极62

4.4.1　临床诊断用酶电极63

4.4.2　发酵与食品成分分析66

4.4.3　环境毒物测定69

4.4.4　其他酶电极70

4.4.5　有机相酶电极70

4.5　多功能酶电极72

4.5.1　鲜度传感器72

4.5.3　葡萄糖与双糖和多糖同步测定74

4.5.2　滋味传感器74

4.6　微型酶电极76

4.7　结束语77

参考文献78

5.2.1　微生物电极的特点80

第5章 电化学生物传感器之二：非酶生物电极80

5.1　概述80

5.2　微生物电极80

5.2.2　微生物电极的应用81

5.2.3　其他各种微生物电极87

5.2.4　利用微生物传感器研究微生物外源呼吸代谢87

5.3　免疫电极91

5.3.1　直接免疫电极91

5.3.2　间接免疫电极93

5.4　生物亲和电极95

5.3.3　直接法和间接法的比较95

5.3.4　免疫电极再生95

5.5　生物组织电极96

5.5.1　植物组织电极96

5.5.2　动物组织电极98

5.6　杂合生物电极99

5.6.1　复合酶电极99

5.6.2　复合微生物电极102

5.6.3　酶-微生物杂合电极103

5.7　结束语104

参考文献104

第6章 电化学生物传感器之三：介体生物传感器和生物燃料电池106

6.1　介体生物传感器106

6.1.1 概述106

6.1.2　介体生物传感器工作原理107

6.1.3　介体酶电极110

6.2　生物燃料电池113

6.2.1　生物燃料电池基本概念113

6.2.2　基本结构113

6.2.3　微生物燃料电池114

6.2.4　酶生物燃料电池115

6.2.5　“抛锚”介体119

6.3　结束语119

参考文献120

第7章 电化学传感器之四：DNA电化学传感器122

7.1　概述122

7.3.1 直接DNA电化学123

7.3　DNA电化学传感器类型123

7.2 DNA在电极上的固定化方法123

7.3.2 间接DNA电化学125

7.3.3　特异性氧化还原指示剂125

7.3.4 DNA介导的带电传输126

7.3.5　纳米颗粒电化学放大129

7.3.6 CARD-EDEMNA鉴别单核苷酸多态性129

7.3.7　各类DNA电化学传感器的特点比较130

7.4　结束语131

参考文献131

第8章 电化学传感器之五：直接电化学酶电极135

8.1　概述135

8.2　原理与特点135

8.3.2　氧化还原酶的电子传递136

8.3.1　氧化还原酶类136

8.3　进行直接电化学反应的酶和蛋白质类136

8.3.3　亚铁血红素138

8.3.4　细胞色素C138

8.3.6　过氧化物酶140

8.3.7　血红蛋白142

8.3.8　肌球蛋白143

8.3.9　双功能亚铁血红素-酶类144

8.3.10　PQQ-酶145

8.4　直接电化学酶电极研究进展147

8.4.1　纳米颗粒在直接电化学电极中的应用147

8.4.2　过氧化物酶在电极上的重构147

8.4.3　聚吡咯的电子传递作用147

8.4.4 自组装双层脂膜直接电化学电极148

8.4.5　一次性受体直接电化学传感器149

8.4.6　高铁血红素的直接电化学传感器149

8.4.7　蛋白膜伏安法149

8.5　结束语149

参考文献150

第9章　热生物传感器153

9.1　概述153

9.2　酶热敏电阻系统153

9.2.1 热敏电阻153

9.2.2　酶柱154

9.2.3　酶热敏电阻154

9.2.5　测定方式155

9.2.4　酶热敏电阻工作系统155

9.3　酶热敏电阻的应用研究156

9.3.1　临床生化分析156

9.3.2　免疫学分析157

9.3.3　生物工业过程分析与控制158

9.3.4　环境污染物分析158

9.3.5　各种酶热敏电阻实例159

9.4　微型热敏生物传感器系统160

9.5　杂合热生物传感器162

9.6　结束语162

参考文献162

10.2.2　体声波165

10.2.1　压电基质材料165

10.2　原理与器件165

10.1 概述165

第10章　压电晶体生物传感器165

10.2.3　表面声波166

10.2.4　Sauerbrey频率-质量关系式166

10.3　液体样品测定167

10.4　气体样品测定169

10.5　声波生物传感器的应用170

10.5.1　免疫测定170

10.5.2　气味物质测定171

10.5.3　病原微生物测定171

10.5.4　环境污染物测定171

10.5.5　DNA测定172

10.6　结束语173

参考文献174

第11章　半导体生物传感器177

11.1 概述177

11.2　原理与特点177

11.3　生物场效应晶体管结构类型179

11.3.1　分离型生物场效应晶体管179

11.3.2　结合型生物场效应晶体管180

11.3.3　酶场效应晶体管差动输出180

11.4　应用研究实例181

11.4.1　尿素测定181

11.4.2 NAD+-NADH测定181

11.4.4　青霉素测定182

11.4.3　肌酸酐测定182

11.4.5 甲醛测定183

11.4.6　有机磷农药测定183

11.4.7　活细胞场效应晶体管184

11.4.8　昆虫触角天线场效应晶体管185

11.4.9　其他用途185

11.5　生物场效应晶体管的性能改进185

11.5.1　pH-稳定生物场效应晶体管185

11.5.2　恒电流电位测定法186

11.6　关于免疫场效应晶体管186

11.7　结束语187

参考文献188

12.2.1　结构与特点190

12.2　光纤生物传感器190

12.1　概述190

第12章　光纤生物传感器190

12.2.2　响应动力学分析191

12.2.3　生物光纤类型193

12.3　荧光染料及性质197

12.3.1　荧光过程与荧光光谱197

12.3.2　荧光染料197

12.4　光纤生物传感器的应用研究201

12.4.1　葡萄糖测定201

12.4.2　血液成分测定202

12.4.3　核酸测定204

12.4.4　免疫学分析206

12.4.5　环境污染监测207

12.4.6　毒素测定208

12.4.7　爆炸物质监测209

12.4.8　表面活性剂测定210

12.4.9　分子影像分析210

12.5　结束语210

参考文献210

第13章　表面等离子体共振生物传感器214

13.1 概述214

13.2　基本原理214

13.2.1　表面等离子体共振214

13.2.2　表面等离子体共振生物传感技术215

13.3.2　分析物梯度表面等离子体共振217

13.3　表面等离子体共振方法学进展217

13.3.1　杯碟形表面等离子体共振仪217

13.3.3　低分子量物质测定技术218

13.3.4　生物分子相互作用分析质量光谱218

13.3.5　纳米金颗粒信号放大218

13.3.6　表面等离子体共振成像219

13.3.7 固相表面的样品传送效率219

13.3.8　电化学表面等离子体共振219

13.3.9　高密度固定方法219

13.3.10　多通路表面等离子体共振220

13.3.11　光导纤维表面等离子体共振221

13.4　表面等离子体共振生物传感器的应用研究222

13.4.1　免疫学分析222

13.3.13　共振角度变化影响222

13.3.12　结合与解离常数分析222

13.4.2　半抗原和配体测定224

13.4.3　核酸相互作用研究225

13.4.4 DNA结合药物测定225

13.4.5　核酸与酶的相互作用研究226

13.4.6　酶抑制剂分析226

13.4.7　酶催化过程监测227

13.4.8　分子与细胞结合分析227

13.4.9　微生物检测228

13.4.10　细胞因子测定228

13.4.13　药物筛选229

13.4.14　其他应用229

13.4.12　新糖结合物分析229

13.4.11　生物分子可逆反应分析229

13.5　结束语230

参考文献231

第14章 丝网印刷生物传感器236

14.1　概述236

14.2　丝网印刷技术原理237

14.2.1　材料和方法237

14.2.2　印刷过程240

14.3　应用241

14.3.1　临床诊断241

14.3.3　环境监测242

14.3.2　食品成分分析与生物工艺过程控制242

14.3.4　其他研究243

14.4　结束语244

参考文献244

第15章　分子印迹生物传感器248

15.1　概述248

15.2　原理与特点248

15.2.1　分子印迹传感器制备的一般原理248

15.2.2　分子印迹传感器主要特点249

15.3　分子印迹的聚合反应249

15.3.1　分子印迹的聚合制备模式249

15.3.2　分子印迹对分析物的亲和性250

15.3.3　分子印迹的优化设计251

15.4　分子印迹与换能器的整合253

15.4.1　信号产生方式253

15.3.4　模拟酶253

15.4.2　分子印迹与换能器的结合254

15.5　分子印迹传感器的应用255

15.5.1　生物毒素检测255

15.5.2　农药测定256

15.5.3　药物检测256

15.5.4　体液生化测定257

15.5.5　小分子肽和蛋白质测定257

15.5.6　模拟酶传感器257

15.5.7　结合-开关模式测定258

15.6　结束语261

参考文献261

16.1.1　莫尔定律266

16.1.2　硅基计算机的发展极限266

16.1　概述266

第16章　生物芯片与生物计算机266

16.1.3　非硅基计算机267

16.2　蛋白质计算机268

16.2.1　蛋白质计算机的一般特点268

16.2.2　细菌视紫红质268

16.2.3　细菌视紫红质分子存储器269

16.2.4　蛋白质计算机存在的问题271

16.3 DNA计算机271

16.3.1 Hamilton路径问题与Adleman实验272

16.3.2　最大Clique问题与Ouyang实验273

16.3.3 3-SAT问题与固相表面DNA算法276

16.3.4 DNA计算的运算能力、效率和误差277

参考文献280

16.5　结束语280

16.4　生物计算机与硅基计算机的比较280

第17章　基因芯片283

17.1　概述283

17.2　基因芯片的制作方法284

17.2.1 固相载体及载体修饰284

17.2.2　光引导原位合成法285

17.2.3　喷墨打印原位合成285

17.2.4　分子印章原位合成287

17.2.5　针式点样法287

17.3　信号检测288

17.3.1　Cy3和Cy5荧光标记法288

17.3.2　共聚焦荧光显微镜扫描法289

17.3.4　光散射光波导方法290

17.3.3　CCD成像法290

17.3.5　酶标法291

17.3.6　纳米／量子点法292

17.4　基因芯片荧光信号数据分析293

17.4.1　芯片数据的标准化处理293

17.4.2　伪彩图295

17.4.3　散点图295

17.4.4　聚类分析297

17.5　基因芯片的应用297

17.5.1 DNA测序298

17.5.2　基因表达分析299

17.5.3　基因突变检测302

17.6　生物芯片市场分析307

参考文献308

17.7　结束语308

第18章　蛋白质芯片314

18.1　概述314

18.2　蛋白质芯片实验方法314

18.2.1　蛋白质芯片制备314

18.2.2　MALDI方法鉴定蛋白质315

18.2.3　蛋白质／多肽质量指纹图谱316

18.3　蛋白质芯片类型316

18.3.1　蛋白质芯片316

18.3.2　多肽芯片318

18.3.3　抗体芯片319

18.3.4　细胞芯片319

18.4　蛋白质芯片应用举例320

18.5　结束语321

参考文献322

第19章 生物传感器与生物反应系统的控制325

19.1　概述325

19.2　原位测定系统326

19.2.1　原位测定补偿式氧稳定酶电极326

19.2.2　原位测定的介体酶电极326

19.3　引流分析与控制327

19.3.1　取样装置327

19.3.2　发酵性糖的在线分析与控制328

19.3.3　谷氨酸发酵在线分析与控制330

19.3.4　利用双电极系统研究淀粉水解过程中还原糖消长规律331

19.4　动物细胞培养限制性物质浓度在线监控332

19.3.5　乳酸在线分析332

19.5　免疫物质在线测定333

19.6　结束语334

参考文献334

第20章　生物传感器与活体分析336

20.1　概述336

20.2　体内测定需要解决的问题336

20.2.1　消毒问题336

20.2.2　氧干扰问题337

20.2.3　生物相容性338

20.2.4　生物污垢与微透析338

20.2.5　组织反应问题339

20.3.1　人工胰腺341

20.3　体内葡萄糖测定341

20.3.2　皮下葡萄糖测定342

20.3.3　人工胰腺的微型化343

20.4　脑内生物化学物质监测343

20.5　活体组织原位分析346

20.6　无创分析346

20.6.1　近红外光谱分析347

20.6.2　经皮分析和GlucoWatch葡萄糖测定仪347

20.7　活细胞内分析347

20.8　结束语348

参考文献348

第21章 生物敏感元件的基因操纵351

21.1 概述351

21.2.1　蛋白质三维结构的测定方法352

21.2　蛋白质工程实验原理及技术352

21.2.2　定点突变353

21.2.3　体外分子进化354

21.3　酶及功能蛋白质的定向改造357

21.3.1　改变稳定性357

21.3.2　提高酶的催化活性358

21.3.3　光学活性改造358

21.3.4　电学活性改造359

21.3.5 固定酶空间取向控制360

21.3.6　生物分析器件表面的均质性362

21.3.7　融合酶方法制备顺序酶电极363

21.4　结束语364

参考文献364

22.1.1　缘起367

22.1.2　纳米效应367

第22章　纳米生物传感器367

22.1　概述367

22.1.3　纳米生物传感器类型及特性368

22.2　纳米胶体金标记369

22.3　量子点371

22.4　纳米机械悬臂374

22.5　分子信标／分子传感器375

22.6　单分子测定376

22.7　生物分子马达377

22.8　结束语380

参考文献380