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