分析化学

电化学与生物传感器

理解电化学与生物传感器的原理，并将其用于定量分析。

直觉直觉：测量思路

生物传感器把选择性生物识别转化为电信号。电极不仅检测反应，生物识别层赋予传感器特异性。

通过交互式分析信号探索电化学与生物传感器的测量原理。

生物传感器由酶等识别层、电极和信号通路组成。安培型在固定电位下测电流；电位型测电压。

定义:

先定义被测量，选择对其有响应的信号，再将样品与经过校准的标准或经验证的模型比较。

i=nFAJ,\qquad J\propto C_{analyte}

例题: 分析计算例

根据给定测量值和方法关系计算分析物结果。

解答

第一代传感器依赖葡萄糖氧化酶和氧生成 H₂O₂；介体型设计可在较低电位传递电子并减少干扰。

选择性来自识别层，信号来自换能器。酶电极可检测 H₂O₂ 等产物、利用介体在低电位传递电子，或尝试通过固定化结构实现直接电子转移。

校准、选择性、样品前处理和不确定度都是方法本身的组成部分，并非事后补充。应报告单位、条件和校准范围。

i=nFAJ,\qquad J\propto C_{analyte}

生物传感器性能取决于酶负载、电子传递路径、膜传输与表面污染。纳米材料、氧化还原聚合物和工程化固定化旨在实现更快、更低电位、更选择性的电子传递。

研究聚焦直接电子转移、可穿戴和微创传感器、无酶或适体设计、抗污染界面以及免校准连续监测。

Electrochemical glucose biosensors · Joseph Wang, 2008
Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, 2nd ed. · Allen J. Bard and Larry R. Faulkner, 2001