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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RNA 34

2.7.2　催化性DNA 35

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 1 39

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C 138

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