第4章 光化学与生物传感器-2

发布时间:2021-12-01 04:01:40

目 录
4-1 基本概念 4-2 敏感试剂固定化方法 4-3 信号转换方式
4-3-1 普通光学波导传感器 4-3-2 化学修饰传感器 4-3-3 生物修饰传感器

4-4 发展方向
4-4-1 微型化 4-4-2 阵列化 4-4-3 高灵敏

4-3 信号转换方式
4-3-1 普通光学波导传感器
1 基于样品折射率变化的传感器

光源

检测器

光导纤维
样品流通池

2 基于分析对象光谱性质的传感器
分折对象 *中的D2O 测定原理 分折对象 测定原理 约4um的红外特征吸收, 乙醇、葡萄糖、 拉曼光谱 H2O不干扰测定 果糖

有机溶剂中的H2O
血卟啉衍生物

1900nm处*红外特征吸 甲烷及管道煤 收 气
特征荧光(体内检测) NH3 NO2

约1.34-1.66um处的 *红外特征吸收
约1.18-1.67um处的 *红外特征吸收 波长于496nm处的可 见吸收 拉曼光谱

胆红素 血气分析

458nm处可见吸收

*中CO、CO2和O2分 N2/CO2 别在红外区5.13um、 4.3um和9.0um有特征吸 收 特征荧光

地下水中酚 有机溶剂中乙醇

UF6,F2,C1F3 254nm和365nm处的 紫外特征吸收 绿色特征荧光和磷光

1100和1600nm处的*红 铀酰离子 外特征吸收

电镀液中Cu2+离子 820nm处的特征吸收

4-3-2 化学修饰传感器
1 简单配合物体系

1.0

0.8

蓝色 紫红色 pH增加

0.6

吸 光 度

0.4

0.2

0.0 400 500 600 700 800

波长 (nm)

N

N N OH

N O
N O O N

O O O

O O O

O

O O N

18-crown-6(K+)
O

ETH1810(Li+)
O NH O O O

ETH2120(Na+)
O NH O 3

O O

O O

15-crown-5(Na+)

VALINOMYCIN(K+)

N O
O CF3 O O

O O

O

O

ETH6010(CO3

2-)
N

O

O O

H3C O O H3C O O

CH3 O CH3 O O

O O CH3 O CH3 CH3 O O R

ETH1001(Ca2+)
R1 R1=H CH2 OR2 6 R2=

O OCH2 CH3

R=CH3:NONACTIN(NH4+) R=C2H5:MONACTIN(NH4+)

Calix[6]arene (伯胺)

O O

O O O

O

O

K
N

+
O

O

e-

N

O

e-

+

K

+

hv

hv'

hv

hv'

典型的分子内光诱导电子转移体系
O O (HO)2B N Me N O O O

NEt2

(HO)2B N Me

a H+

b D-葡萄糖

c D-葡糖胺

CF3

O

O

O

O

O

O

O

NH

O

O

带荧光予体-受体的开链冠醚—分子内荧光能量转移体系
NO2

O NH O O O

O HN

O2N

NH NO2

O O

O O O

OH

基于单体-激发态二聚体的超分子识别体系
N=N O2N

O N O

O O

a. K+

b. Na+

生色冠醚 a. 与K+配合后吸收光谱红移; b. 酚氧负离子可参与识别

+

荧光弱

荧光强

芘与环糊精形成包络物后荧光强度的变化

14.6 A 5.3 A

15.4 A 6.5 A

17.5 A
8.3 A

7.8 A

? ? 环糊精

? ? 环糊精

? ? 环糊精

光导纤维

光导纤维

北 固定化的? ?环糊精 (无荧光) 北

北 北 北 北





强烈荧光

(极稀溶液无荧光)

基于? ?环糊精的荧光传感器

2 离子交换体系

基于离子交换体系的光化学传感器的原理
(a) 使用中性pH指示剂 (b) 使用荷负电pH指示剂 (参见附件)

3 共萃取体系

4-3-3 生物修饰传感器
1 识别原理
底物 + 酶 酶-底物配合物 产物 + 酶

+

+



钥匙

钥匙在锁中

打开的锁

钥匙

信 号 输 出

电信号 光信号 质 量 信 号 热信号

待测样品

酶催化反应

基础化学传感器

2 基于普通光学波导传感器的酶催化传感器

3 基于化学 修饰传感器的酶 催化传感器

4 基于简单免疫体系的光化学传感器

4 基于免疫竞争体系的光化学传感器

光纤 无葡萄糖 有葡萄糖

光纤

葡萄糖

荧光素标记的葡聚糖

固定化抗体

4-4 发展方向
4-4-1 微型化
7.5
a b a b a b

7.0 6.5
c d c 2 d c d

pH

0min IF/IR=0.4823

5min IF/IR=0.7553

15min IF/IR=0.7865

6.0 5.5

a

b

a

b

a

b

5.0 4.5

c

d

c

d

c

d

0

20

40

60

20min IF/IR=0.7943

25min IF/IR=0.8145

40min IF/IR=0.8083

Time(min)

纳米传感器用于药物刺激后肿瘤细胞内 重要参数的实时无创检测

4-4-2 阵列化

通道体积:几十纳升

储液池体积:约2?L

在芯片内固定多个颗粒,形成可单独寻址的修饰微珠阵列用于 蛋白质表达分析、SNP检测、基因分型 One-dimensional microfluidic bead arrays From Analytical Chemistry 78, 6246-6251 (2006)

基于新的化合物——分子导线

4-4-3 高灵敏
+ _ 荧光分子 ( 分子导线 )n

+ _

(

)n

O R'

OR

OR'

n OR
O R'

OR'

基于新的光学构型——消失波

ICCD

Solution

Microscopy objective

Optical Fiber

Evanescent field Laser beam

基于新的物理光学原理——表面等离子体共振传感器

conductive layer
glass

conductive layer

conductive layer

+ + + +
glass

- - - glass

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

Au

? ? Au ? ? B

+ + Au + + C

A

固定化DNA单层的电致开关行为
(A)金膜不带电荷;(B)金膜带负电荷;(C)金膜带正电荷.
Langmuir 2006, 22(13): 5654-5659


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