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第1章 NO电化学传感器1

1.1 前言1

1.1.1 NO在生命科学中的重要意义1

1.1.2 生理学中NO的检测方法1

1.1.3 电化学传感器测定NO的优点1

1.2 电化学传感器检测NO的原理2

1.3 NO检测电极的构造2

1.3.1 Clark型NO电极2

1.3.2 碳纤维修饰NO微电极4

1.3.3 集成化NO微电极4

1.3.4 其它NO电极5

1.4 NO电极的标定6

1.4.1 采用NO标准溶液法标定NO电极6

1.4.2 基于SNAP分解法标定NO电极6

1.4.3 基于化学生成NO法标定NO电极7

1.5 NO电极的表征8

1.5.1 灵敏度和检测限9

1.5.2 选择性9

1.5.3 响应时间9

1.5.4 温度和pH对NO电极的影响10

1.6 NO电极的应用10

1.7 结论及展望17

1.8 致谢17

1.9 参考文献17

第2章 农药生物传感器24

2.1 前言24

2.1.1 农药生物传感器的必要性24

2.1.2 农药生物传感器的发展现状25

2.1.3 农药生物传感器的展望25

2.2 生物催化剂在农药生物传感器中的应用25

2.2.1 酶在农药生物传感器中的应用和特性25

2.2.2 酶固定化方法在农药生物传感器中的应用26

2.3 基于酶的生物传感器27

2.3.1 农药检测原理27

2.3.2 基于农药对酶活性抑制作用的生物传感器27

2.3.3 基于酶催化作用的生物传感器29

2.3.4 流动注射生物传感器30

2.3.5 酶的再活化31

2.4 农药免疫传感器32

2.4.1 农药免疫传感器的检测方法33

2.4.2 农药免疫传感器的类型33

2.4.3 农药免疫传感器的再生37

2.5 基于全细胞和细胞组织的农药传感器38

2.6 主要干扰物和样品预处理39

2.7 结论39

2.8 致谢40

2.9 参考文献40

第3章 葡萄糖电化学生物传感器47

3.1 简介47

3.2 四十年的发展历程47

3.3 第一代葡萄糖生物传感器48

3.3.1 氧化还原干扰48

3.3.2 氧气的影响50

3.4 第二代葡萄糖生物传感器50

3.4.1 葡萄糖氧化酶与电极表面之间的电子传递50

3.4.2 人工介体的使用50

3.4.3 电子传递中继站装置51

3.5 体外葡萄糖检测52

3.6 连续实时体内监测53

3.6.1 所需条件53

3.6.2 皮下检测54

3.6.3 无创葡萄糖检测的趋势54

3.7 结论与展望55

3.8 参考文献55

第4章 离子选择性电极的新进展58

4.1 前言58

4.1.1 现状58

4.1.2 离子选择性电极在生物医学领域的重要应用59

4.2 传统离子选择性电极62

4.2.1 工作原理62

4.2.2 响应特征：选择性和检测限66

4.2.3 参比电极69

4.3 新的能量转换原理69

4.3.1 聚离子选择性电极69

4.3.2 恒电流控制传感器73

4.3.3 伏安型离子选择性电极76

4.3.4 光寻址电位传感器77

4.4 新型传感材料78

4.4.1 膜组成78

4.4.2 固体接触传感材料82

4.4.3 生物相容性改进83

4.5 微型化84

4.5.1 微型化84

4.5.2 传感器阵列85

4.6 结论与展望87

4.7 致谢87

4.8 参考文献88

第5章 电化学免疫分析及免疫传感器研究进展93

5.1 引言93

5.2 抗体-抗原相互作用93

5.3 免疫分析及免疫传感器95

5.3.1 竞争性免疫分析体系95

5.3.2 非竞争性免疫分析体系96

5.4 抗体固定模式98

5.4.1 生物素-（链霉）亲和素相互作用98

5.4.2 抗体结合蛋白质99

5.4.3 导电聚合物100

5.4.4 自组装单层膜101

5.4.5 抗体片段103

5.5 电化学检测技术104

5.5.1 电位型免疫传感器104

5.5.2 电流型免疫传感器105

5.5.3 伏安免疫分析107

5.5.4 阻抗免疫分析及免疫传感器108

5.6 微流控电化学免疫分析系统110

5.7 结论111

5.8 参考文献111

第6章 超氧化物电化学及生物传感器：原理、进展及应用115

6.1 超氧化物的化学和生物化学过程115

6.2 O· 2-生物检测综述116

6.3 O· 2-电化学及O· 2-电化学传感器117

6.4 O· 2-电化学传感器117

6.4.1 除SODS外的酶生物传感器117

6.4.2 SODS简介118

6.4.3 SODS电化学119

6.4.4 基于SOD的O· 2-电化学生物传感器129

6.4.5 基于SOD的O· 2-微型生物传感器139

6.5 结论及展望141

6.6 致谢142

6.7 参考文献142

第7章 场效应器件检测带电大分子：可行性和局限性149

7.1 引言149

7.2 裸EIS传感器和功能化EIS传感器结构的电容-电压特性153

7.3 利用大分子自身所带电荷直接检测DNA155

7.4 免指示剂检测DNA的新方法158

7.5 利用聚电解质层和合成DNA的检测结果161

7.6 结论与展望163

7.7 致谢164

7.8 参考文献164

第8章 生物样品中H2S产物的电化学传感器168

8.1 引言168

8.1.1 H2S在生命科学中的意义168

8.1.2 生物样品中H2S的检测170

8.2 电化学传感器测定H2S的优点171

8.2.1 电化学171

8.2.2 多传感器呼吸计量法173

8.3 H2S极谱传感器的构建173

8.3.1 常量H2S极谱传感器173

8.3.2 微型H2S极谱传感器174

8.4 H2S极谱传感器的校准175

8.4.1 H2S原液175

8.4.2 H2S的化学来源175

8.5 H2S极谱传感器的特点175

8.5.1 选择性177

8.5.2 灵敏度178

8.5.3 检测限178

8.5.4 稳定性179

8.5.5 重现性、精密度和准确度180

8.5.6 线性及动力学响应范围180

8.5.7 响应时间180

8.5.8 可靠性（免维护使用期限）180

8.5.9 生物相容性180

8.6 H2S极谱传感器在生物样品中的应用181

8.6.1 H2S生成量的检测181

8.6.2 H2S消耗量的检测182

8.6.3 同时检测H2S水平及血管张力185

8.6.4 血液和组织中稳态H2S水平的检测185

8.7 结论及发展趋势186

8.8 致谢186

8.9 参考文献186

第9章 免疫传感器的最新进展189

9.1 前言189

9.1.1 免疫传感器的一般工作原理189

9.1.2 免疫传感器在临床分析上的主要性能特点189

9.2 免疫活性单元的固定190

9.2.1 基于非共价作用的固定方法190

9.2.2 基于共价键作用的固定方法191

9.3 免疫传感器的主要类型193

9.3.1 电化学免疫传感器193

9.3.2 光学免疫传感器196

9.3.3 微重量免疫传感器198

9.3.4 其它类型免疫传感器199

9.4 结论及展望200

9.5 参考文献201

第10章 用于体内pH测定的微电极209

10.1 引言209

10.1.1 体内pH测定的重要性209

10.1.2 体内pH的测定技术210

10.1.3 用于pH测定的微电极的优点211

10.2 pH微电极的表征211

10.2.1 pH和pH测定211

10.2.2 pH微电极的校正曲线和线性响应斜率212

10.2.3 灵敏度213

10.2.4 响应时间213

10.2.5 重现性／准确度214

10.2.6 选择性215

10.2.7 稳定性和可靠性215

10.2.8 生物相容性215

10.3 用于pH测定的微电极的制作216

10.3.1 玻璃pH微电极216

10.3.2 聚合物膜pH微电极217

10.3.3 硅pH微电极218

10.3.4 金属／金属氧化物pH微电极膜220

10.3.5 Ag/AgCl微参比电极222

10.4 pH测量的先进微电极系统224

10.4.1 全固态pH微电极224

10.4.2 芯片实验室用pH微电极225

10.4.3 用于pH成像的微电极阵列226

10.4.4 用于体内pH连续记录的微电极228

10.4.5 植入型pH微电极228

10.4.6 无线pH测量系统229

10.5 pH微电极在体内的应用230

10.5.1 体内pH的测量230

10.5.2 血液中pH的测量230

10.5.3 大脑内pH的测量231

10.5.4 心脏内pH的测量232

10.5.5 食道内pH的测量233

10.5.6 皮下pH的测量235

10.5.7 眼睛内pH的测量235

10.6 结论和展望236

10.7 致谢237

10.8 参考文献237

第11章 生物芯片——原理与应用246

11.1 引言246

11.2 DNA阵列247

11.2.1 DNA阵列的类型248

11.2.2 DNA阵列的制备249

11.2.3 杂交测序253

11.2.4 标记254

11.2.5 检测与数据分析258

11.2.6 应用263

11.3 蛋白质芯片264

11.3.1 蛋白质阵列和蛋白质组264

11.3.2 蛋白质芯片的制备265

11.3.3 蛋白质芯片的应用272

11.4 电学和电化学微阵列生物芯片274

11.4.1 理论基础274

11.4.2 制备技术276

11.4.3 电化学检测法281

11.5 芯片实验室285

11.5.1 微流控理论286

11.5.2 芯片实验室系统的组成288

11.5.3 生物微机电系统的制备292

11.5.4 应用294

11.6 参考文献297

第12章 生物燃料电池305

12.1 前言305

12.2 生物燃料电池设计原理306

12.3 电子传递反应307

12.4 生物催化阴极308

12.4.1 酶和底物308

12.4.2 过氧化物酶308

12.4.3 加氧酶309

12.5 生物催化阳极313

12.5.1 酶和底物313

12.5.2 葡萄糖氧化酶314

12.5.3 脱氢酶316

12.6 生物燃料电池318

12.6.1 生理学条件318

12.6.2 葡萄糖-O2生物燃料电池的组装319

12.7 结论322

12.8 参考文献323

第13章 基于电活性无机多晶体的化学及生物传感器326

13.1 引言326

13.2 过渡金属亚铁氰化物的性质326

13.2.1 过渡金属亚铁氰化物的结构326

13.2.2 过渡金属亚铁氰化物的电化学327

13.3 非氧化还原活性阳离子和电活性化合物的电流型传感器329

13.3.1 非氧化还原活性阳离子的传感器329

13.3.2 电活性化合物的电流型传感器330

13.4 先进的过氧化氢传感器331

13.4.1 过氧化氢——医药、生物、环境控制及工业领域中重要的分析物331

13.4.2 过氧化氢还原反应的先进电催化剂332

13.4.3 基于普鲁士蓝的先进过氧化氢传感器334

13.4.4 普鲁士蓝修饰电极表面上的非导电聚合物334

13.4.5 纳米电极阵列：向具有创纪录分析性能的传感器迈进335

13.5 基于过渡金属亚铁氰化物的生物传感器337

13.5.1 基于氧化酶的生物传感器的传感原理337

13.5.2 基于过渡金属亚铁氰化物的生物传感器338

13.5.3 利用非传统介质的酶的固定339

13.5.4 向具有最佳分析性能指标的生物传感器迈进340

13.6 结论341

13.7 致谢342

13.8 参考文献342

第14章 基于纳米粒子的生物传感器和生物分析351

14.1 引言351

14.2 为什么使用纳米粒子351

14.3 基于纳米粒子的光学生物传感器和生物分析352

14.4 基于纳米粒子的电化学生物传感器和生物分析355

14.4.1 基于纳米粒子的电化学DNA生物传感器和生物分析356

14.4.2 基于纳米粒子的电化学免疫传感器和免疫分析358

14.5 结论和展望361

14.6 致谢362

14.7 参考文献362

第15章 基于碳纳米管的电化学传感器365

15.1 引言365

15.2 CNTS的结构和性质365

15.2.1 CNTS的结构365

15.2.2 CNTS的性质367

15.2.3 CNTS的制备367

15.2.4 CNTS的提纯368

15.2.5 基于CNTS的电化学传感器的优点369

15.3 基于CNTS的电化学传感器的制备和应用369

15.3.1 CNTS电极的制备及其电化学性质370

15.3.2 CNTS提高生物小分子和药物分子电分析的灵敏性和选择性377

15.3.3 CNTS电极上蛋白质和酶的直接电子传递380

15.3.4 基于CNTS的电化学生物传感器381

15.4 CNTS传感器的光谱表征383

15.4.1 CNTS的拉曼光谱383

15.4.2 CNTS传感器的傅立叶变换红外光谱（FTIR）389

15.5 结论393

15.6 参考文献393

第16章 基于溶胶-凝胶材料固定生物分子的生物传感器401

16.1 引言401

16.2 溶胶-凝胶402

16.2.1 溶胶-凝胶化学与溶胶-凝胶材料的性质402

16.2.2 溶胶-凝胶过程404

16.2.3 优点与不足404

16.2.4 溶胶-凝胶材料的多孔性及固定化蛋白质的动力学405

16.2.5 溶胶-凝胶材料中生物分子的相互作用及稳定性406

16.2.6 溶胶-凝胶材料的传导性及生物相容性的提高406

16.3 溶胶-凝胶材料包埋生物活性分子的应用407

16.3.1 酶生物传感器407

16.3.2 光活性蛋白质生物传感器413

16.3.3 免疫传感器414

16.3.4 免疫亲和柱416

16.4 溶胶-凝胶材料中全细胞的包埋及其应用416

16.4.1 微生物细胞416

16.4.2 植物细胞与动物细胞417

16.5 结论417

16.6 致谢417

16.7 参考文献418

第17章 基于蛋白质直接电子转移的生物传感器425

17.1 引言425

17.1.1 蛋白质的生物直接电子转移简介425

17.1.2 蛋白质直接电子转移生物传感器的优点425

17.2 蛋白质的直接电子转移425

17.2.1 蛋白质的固定方法425

17.2.2 蛋白质的直接电子转移429

17.2.3 酶的直接电子转移433

17.3 基于蛋白质直接电子转移的生物传感器的应用439

17.3.1 基于蛋白质直接电子转移的生物传感器439

17.3.2 基于酶直接电子转移的生物传感器449

17.4 结论455

17.5 致谢455

17.6 参考文献455

索引467