第七章酶工程

學(xué)習(xí)目的

初步掌握酶的發(fā)酵生產(chǎn)和分離純化的大致流程以及酶制劑的保存法。對(duì)酶的固定化、酶的修飾改造和主要的酶反應(yīng)器類(lèi)型有一定的認(rèn)識(shí)。了解生物傳感器及酶對(duì)現(xiàn)代人類(lèi)生活的影響。第七章酶工程

1、酶工程的發(fā)展趨勢(shì)

隨著生物技術(shù)的發(fā)展，酶工程將引起發(fā)酵工業(yè)和化學(xué)合成工業(yè)的巨大變革。21世紀(jì)酶工程的熱點(diǎn)和前題，可能包括基因工程和蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用，人工合成酶和模擬酶、核酸酶和抗體酶，分子酶學(xué)，酶的定向固定術(shù)，雜交酶，分子發(fā)動(dòng)機(jī)，酶化學(xué)技術(shù)，非水酶學(xué)，糖生物學(xué)和糖基轉(zhuǎn)移酶，酶標(biāo)藥物，端粒酶，極端環(huán)境微生物和不可培養(yǎng)微生物的新酶種，酶在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用等。

一、引言細(xì)胞融合

動(dòng)植物細(xì)胞細(xì)胞融合物理化學(xué)誘度野生菌株采集基因工程細(xì)胞微生物培養(yǎng)基空氣

發(fā)酵罐能量發(fā)酵液預(yù)處理

廢料酶分離純化酶制劑菌體酶提取分離

固定化酶酶的化學(xué)修飾可溶性酶吸附色埋交聯(lián)化學(xué)連

逆膠束酶酶電極

酶熱敏電阻酶反應(yīng)器產(chǎn)品回收工藝

廢料

輕工食品工業(yè)醫(yī)藥分析生物工程產(chǎn)品

2、酶工程研究?jī)?nèi)容

二、酶的發(fā)酵生產(chǎn)

1、酶的來(lái)源從動(dòng)植物組織中分離提取植物細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)酶

動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)酶

微生物發(fā)酵產(chǎn)酶

2、微生物作為酶生產(chǎn)來(lái)源的優(yōu)點(diǎn)生長(zhǎng)繁殖快，生活周期短，產(chǎn)量高，酶比活很高；

培養(yǎng)方法簡(jiǎn)單，原料來(lái)源豐富，經(jīng)濟(jì)效益高；微生物菌株種類(lèi)繁多，酶的品種齊全；可以通過(guò)誘導(dǎo)、誘變及基因工程等方法培育出新的產(chǎn)酶量高的菌種。3、優(yōu)良產(chǎn)酶菌種的篩選

（1）優(yōu)良的產(chǎn)酶菌種應(yīng)具備的優(yōu)點(diǎn)繁殖快、產(chǎn)酶量高能在便宜的底物上生長(zhǎng)良好產(chǎn)酶性能穩(wěn)定、菌株不易退化產(chǎn)生的酶容易分離純化（2）產(chǎn)酶菌種的篩選方法篩選步驟產(chǎn)酶菌株的檢測(cè)胞外酶的產(chǎn)酶菌株的檢測(cè)胞內(nèi)酶的產(chǎn)酶菌株的檢測(cè)4、基因工程菌（細(xì)胞）的構(gòu)建

構(gòu)建基因工程菌的目標(biāo)改善原有酶的各種性能擴(kuò)充可安全使用的酶源

酶基因克隆及表達(dá)的基本步驟

能產(chǎn)生目的酶的生物

酶的純化總mRNA的純化

測(cè)定N端部分氨基酸序列mRNA

設(shè)計(jì)引物RT-PCR

與合適的載體重組、重組子篩選與鑒定

轉(zhuǎn)入工業(yè)生產(chǎn)用的宿主（工程菌或工程細(xì)胞），如米曲霉

酶的工業(yè)化生產(chǎn)

克隆酶基因的宿主-載體系統(tǒng)應(yīng)具備的特性所希望的酶占細(xì)胞總蛋白量的比例要高;菌體容易大規(guī)模培養(yǎng)，生長(zhǎng)無(wú)特殊要求；載體與宿主相容，且能在宿主中穩(wěn)定維持；宿主的蛋白酶盡可能少；宿主菌對(duì)人安全，不分泌毒素。

5、微生物酶的發(fā)酵生產(chǎn)（1）培養(yǎng)基

碳源氮源無(wú)機(jī)鹽類(lèi)生長(zhǎng)因子

pH值

（2）酶的發(fā)酵生產(chǎn)方式

固體發(fā)酵法

液體深層發(fā)酵法

溫度

通氣和攪拌

pH值

固體發(fā)酵車(chē)間（3

）提高酶產(chǎn)量的措施添加誘導(dǎo)物

酶的作用底物

酶的反應(yīng)產(chǎn)物

酶的底物類(lèi)似物

降低阻遏物濃度

表面活性劑

添加產(chǎn)酶促進(jìn)劑

6、酶的分離純化

提取和分離純化酶時(shí)一般應(yīng)注意的條件

溫度

pH值

鹽濃度

攪拌微生物污染

HPLC

（1）酶制劑的制備破碎細(xì)胞溶劑抽提離心分離濃縮干燥高速冷凍離心機(jī)（2）酶的純化與精制

根據(jù)酶分子大小和形狀的分離方法離心分離

差速離心速率區(qū)帶離心等密度梯度離心

超速冷凍離心機(jī)凝膠過(guò)濾原理介質(zhì)的特性

類(lèi)型工作范圍（相對(duì)分子質(zhì)量）床體積/（ml/g干膠）葡聚糖凝膠

SephadexG-10<2002～3G-15<1502.5～3.5G-251000～6000

4～6G-501500～30000

9～11G-7530000～70000

12～15G-1004000～150000

15～30G-1505000～400000

20～30G-2005000～800000

30～40

葡聚糖/雙丙烯胺凝膠

SephacrylS-200

5000～250000S-30010000～1500000S-40020000～8000000透析與超濾

透析在純化過(guò)程中極為常用，通過(guò)透析可以除去酶液中的鹽類(lèi)、有機(jī)溶劑、低分子質(zhì)量的抑制劑等。超濾是指在一定壓力（正壓/負(fù)壓）下，將料液強(qiáng)制通過(guò)一定孔徑的濾膜以達(dá)到分離純化的目的，也可用于酶液的濃縮及脫色等。

根據(jù)酶分子電荷性質(zhì)的分離方法離子交換層析

-O-CH2CH2N（C2H5)2+OH--O-CH2CH2N(C2H5)2OH

-O-CH2CH2N（C2H5）2+E-COO--O-CH2CH2N(C2H5)2+OH-

OHE-COO

-O-CH2CH2N(C2H5)2+Cl--O-CH2CH2N(C2H5)2+E-COO-

E-COOCl

離子交換原理示意圖原理

蛋白質(zhì)純化過(guò)程常用的幾種離子交換劑

名稱(chēng)種類(lèi)解離基團(tuán)交換當(dāng)量陰離子交換劑DEAE-纖維素弱堿性二乙氨基乙基0.1～1.1

氨乙基纖維素弱堿性氨乙基－

DEAE-纖維素堿性稍強(qiáng)三乙氨基0.5～1.0DEAE-Sephacel

二乙氨基乙基1.3～1.5DEAE-Sephadex

弱堿性二乙氨基乙基3.0～4.0QAE-Sephadex

二乙氨基乙基2.6～3.4-2-羧丙基陽(yáng)離子交換劑CM-纖維素弱酸性羧甲基－

CM-Sephadex

弱酸性羧甲基4～4.5

介質(zhì)特性層析聚焦層析聚焦類(lèi)似于等電聚焦電泳，但其連續(xù)的pH梯度是在固相離子交換載體上形成的。它既具有等電聚焦電泳的高分辨率，又具有柱內(nèi)容量大的特點(diǎn)，具有較大的應(yīng)用價(jià)值。

電泳由于不同蛋白質(zhì)所帶凈電荷的大小和性質(zhì)不同，在外電場(chǎng)作用下，其泳動(dòng)方向和速率也不同，從而達(dá)到分離的目的。等電聚焦電泳它屬于移動(dòng)界線(xiàn)電泳法。電泳儀根據(jù)酶分子專(zhuān)一性結(jié)合的分離方法親和層析利用酶分子的專(zhuān)一性結(jié)合位點(diǎn)或特異的結(jié)構(gòu)性質(zhì)來(lái)達(dá)到分離的目的；它具有結(jié)合效率高、分離速度快的特點(diǎn)。染料配體親和層析利用染料與酶或酶的輔基特異結(jié)合的特點(diǎn)，達(dá)到對(duì)酶的分離。由于染料分子與被純化的酶沒(méi)有任何生物學(xué)關(guān)系，因此嚴(yán)格地說(shuō)只能被稱(chēng)之為假親和層析。

共價(jià)層析利用層析介質(zhì)與被分離的酶之間形成共價(jià)鍵而達(dá)到分離的目的。層析分離5.2.2.4根據(jù)分配系數(shù)的分離方法

雙水相萃取分離某些聚合物與一些無(wú)機(jī)鹽或另一種聚合物相混合，當(dāng)濃度達(dá)到一定范圍時(shí)，體系會(huì)自動(dòng)分為兩相，由于生物活性物質(zhì)在兩相中具有不同的分配比，經(jīng)過(guò)反復(fù)處理則可達(dá)到分離的目的，這種分離方法稱(chēng)為雙水相萃取分離。

聚合物P、Q和水系統(tǒng)的相圖示意圖

幾種常用的兩水相系統(tǒng)聚丙二醇-聚乙二醇聚丙二醇-聚乙烯醇非離子型聚合物-聚丙二醇-葡聚糖非離子型聚合物聚乙二醇-聚乙烯醇聚乙二醇-葡聚糖

聚乙二醇-聚乙烯吡咯烷酮帶電荷聚電解質(zhì)-DEAE-葡聚糖-HCl-聚丙二醇NaCl非離子型聚合物-聚乙二醇Li2SO4兩種聚電解質(zhì)羧甲基葡聚糖鈉鹽-羧甲基纖維素鈉鹽聚乙二醇-磷酸鉀聚合物-無(wú)機(jī)鹽聚乙二醇

-硫酸銨聚乙二醇

-硫酸鈉5.2.3酶的純度與酶活力

酶的純度

酶的活力酶的比活力5.2.4

酶制劑的保存

溫度

緩沖液

氧化/還原

蛋白質(zhì)的濃度及純度

超低溫冰箱5.3酶分子的改造5.3.1

酶分子修飾酶分子化學(xué)修飾酶分子化學(xué)修飾的目的

制備修飾酶的目的

提高酶活力改進(jìn)酶的穩(wěn)定性允許酶在一個(gè)變化的環(huán)境中起作用改變最適pH值或最適溫度改變酶的特異性使它能催化不同的底物改變催化反應(yīng)類(lèi)型提高催化過(guò)程的反應(yīng)效率（引自Smith，1996）酶分子化學(xué)修飾應(yīng)注意的事項(xiàng)

修飾劑的要求酶性質(zhì)的了解反應(yīng)條件的選擇酶修飾劑的類(lèi)型

修飾酶的特性

天然酶和修飾酶的特性比較——耐溫特性比較

酶修飾劑處理?xiàng)l件殘留酶活/％天然酶修飾酶

?-葡萄糖苷酶右旋糖酐60℃/40min4182

尿酸酶人血清白蛋白37℃/48h5095

尿激酶聚丙烯酰胺17℃/2d50100-丙烯酸糜蛋白酶肝素37℃/6h080（24h）糜蛋白酶聚（-乙烯75℃/117h61100

吡咯烷酮)天然酶和修飾酶的特性比較——最適pH比較

酶修飾劑天然酶修飾酶

尿酸酶（豬肝）白蛋白10.57.4~8.5

尿激酶（豬肝）聚乙二醇8.29.0

天然酶和修飾酶的特性比較——其他特性比較

酶修飾劑特性天然酶修飾酶胰蛋白酶右旋糖酐抗失活因子抗自身水解抗大豆蛋白酶抑制劑抗尿素胰蛋白酶聚乙二醇抗失活因子抗大豆蛋白酶抑制劑 抗原性抗原性消除尿酸酶白蛋白抗失活因子抗胰酶 抗原性抗原性消除體內(nèi)半衰期4h20h

尿激酶白蛋白抗失活因子抗胃蛋白酶抗胎盤(pán)抑制劑 體內(nèi)半衰期

20min90min

酶蛋白質(zhì)工程的程序圖三維結(jié)構(gòu)新蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)藍(lán)圖蛋白質(zhì)利用基因產(chǎn)物分子模型

X射線(xiàn)晶體衍射基因誘變克隆和表達(dá)開(kāi)發(fā)5.3.2酶的蛋白質(zhì)工程酶蛋白質(zhì)工程的策略分子裁減

定點(diǎn)突變

對(duì)隨機(jī)誘變的基因庫(kù)進(jìn)行定向的篩選和選擇

雜交酶（hybridenzyme）

——利用高度同源的酶之間的雜交

——?jiǎng)?chuàng)造具有新活性的雜交酶

5.3.3生物酶的人工模擬

生物酶的人工模擬模擬酶抗體酶（abzyme）印跡酶

——分子印跡酶

——生物印跡酶

分子印跡聚合物的制備流程圖5.4生物催化劑的固定化

酶固定化的目的

固定化

共固定化

聯(lián)合固定化

酶與微生物細(xì)胞聯(lián)合固定化體系的應(yīng)用聯(lián)合固定化生物催化劑微生物酶應(yīng)用領(lǐng)域參考文獻(xiàn)黑曲霉過(guò)氧化氫酶生產(chǎn)葡萄糖酸姜明等生物化學(xué)與生酵母纖維二糖酶生產(chǎn)乙醇物物理進(jìn)展，1991，酵母胃蛋白酶葡萄汁發(fā)酵18（1）：26

釀酒酵母果膠酶葡萄汁發(fā)酵面包酵母β-葡萄糖苷酶生產(chǎn)乙醇隋德新，生物科學(xué)動(dòng)態(tài)，釀酒酵母β-半乳糖苷酶生產(chǎn)乙醇1988，（3）：19

酵母糖化酶啤酒釀造釀酒酵母木糖異構(gòu)酶木糖發(fā)酵大腸桿菌葡萄糖氧化酶牛奶防腐

淀粉水解酶淀粉泡盛曲霉葡萄糖

02

菌體運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單孢菌 菌體 乙醇

泡盛曲霉（Asp.awamori）和運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單菌（Z.mobilis）聯(lián)合固定化體系代謝模式

酶工程

5.4生物催化劑的固定化

定向固定化每一個(gè)酶蛋白分子通過(guò)其一個(gè)特定的位點(diǎn)以可重復(fù)的方式進(jìn)行固定化；蛋白質(zhì)的定向固定化技術(shù)有利于進(jìn)一步研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)；這種固定化技術(shù)可以借助一個(gè)與酶蛋白的酶活性無(wú)關(guān)或影響很小的氨基酸來(lái)實(shí)現(xiàn)。

酶工程

5.4生物催化劑的固定化

5.4.1酶的固定化方法酶固定化方法分類(lèi)還沒(méi)有一種固定化方法可以普遍地適用于每一種酶。特定的酶要根據(jù)具體的應(yīng)用目的選擇特定的固定化方法。已建立的固定化方法，大致可分為三類(lèi)：載體結(jié)合法、交聯(lián)法和包埋法。

酶工程

5.4生物催化劑的固定化

酶固定化方法示意圖（引自戚以政等,1996）（1）離子結(jié)合；（2）共價(jià)結(jié)合；（3）交聯(lián)；（4）聚合物包埋；

（5）疏水相互作用；（6）脂質(zhì)體包埋；（7）微膠囊

酶工程

5.4.1酶的固定化方法

5.4.1.1載體結(jié)合法物理吸附法：是制備固定化酶最早采用的方法，它是以固體表面物理吸附為依據(jù)，使酶與水不溶性載體相接觸而達(dá)到酶吸附的目的。

離子結(jié)合法：該法是通過(guò)離子效應(yīng)，將酶分子固定到含有離子交換基團(tuán)的固相載體上。

酶工程

5.4.1酶的固定化方法螯合法：這是一種比較吸引人的技術(shù)，它主要是利用螯合作用將酶直接螯合到表面含過(guò)渡金屬化合物的載體上，具有較高的操作穩(wěn)定性。共價(jià)結(jié)合法：共價(jià)結(jié)合法是通過(guò)酶分子上的官能團(tuán)，與載體表面上的反應(yīng)基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成共價(jià)鍵的一種固定化方法，是研究得最多的固定化方法之一。

酶工程

5.4.1.1載體結(jié)合法

5.4.1.2

共價(jià)交聯(lián)法共價(jià)交聯(lián)法是通過(guò)雙功能或多功能試劑，在酶分子間或酶分子和載體間形成共價(jià)鍵的連接方法。

5.4.1.3包埋法將酶包埋在高聚物凝膠網(wǎng)格中或高分子半透膜內(nèi)的固定方法。前者又稱(chēng)為凝膠包埋法，后者則稱(chēng)為微囊法。

酶工程

5.4.1酶的固定化方法5.4.2細(xì)胞的固定化方法5.4.2.1包埋法

將細(xì)胞包埋在多微孔載體內(nèi)部制備固定化細(xì)胞的方法稱(chēng)包埋法，可分為凝膠包埋法、纖維包埋法和微膠囊包埋法。5.4.2.2吸附法

主要是利用細(xì)胞與載體之間的吸引力，使細(xì)胞固定在載體上。

酶工程

5.4生物催化劑的固定化

5.4.3固定化酶（細(xì)胞）的性質(zhì)

酶活力的變化

酶穩(wěn)定性提高

最適pH值的變化最適溫度的變化

動(dòng)力學(xué)常數(shù)的變化

酶工程

5.4生物催化劑的固定化

5.4.4固定化酶（細(xì)胞）的指標(biāo)

相對(duì)酶活力

酶的活力回收率

固定化酶的半衰期

酶工程

5.4生物催化劑的固定化

5.5酶反應(yīng)器

酶反應(yīng)器的定義

以酶為催化劑進(jìn)行反應(yīng)所需要的設(shè)備稱(chēng)為酶反應(yīng)器。

酶工程

5酶工程

酶反應(yīng)器的分類(lèi)

按酶的狀態(tài)來(lái)分，酶反應(yīng)器有兩種類(lèi)型：一類(lèi)是直接應(yīng)用游離酶進(jìn)行反應(yīng)的均相酶反應(yīng)器；另一類(lèi)是應(yīng)用固定化酶進(jìn)行反應(yīng)的非均相酶反應(yīng)器。若按其結(jié)構(gòu)和功能來(lái)分，則有許多類(lèi)型。

酶工程

5.5酶反應(yīng)器

酶反應(yīng)器的類(lèi)型

(引自戚以政等，1996)（1）間歇式攪拌罐；（2）連續(xù)式攪拌罐；（3）多級(jí)連續(xù)攪拌罐；（4）填充床（固定床）；（5）帶循環(huán)的固定床；（6）列管式固定床；（7）流化床；（8）攪拌罐-超濾器聯(lián)合裝置；（9）多釜串聯(lián)半連續(xù)操作；（10）環(huán)流反應(yīng)器；（11）螺旋卷式生物膜反應(yīng)器

酶工程

5.5酶反應(yīng)器

選擇反應(yīng)器型式必須綜合考慮各種因素

催化劑的形狀和大小催化劑的機(jī)械強(qiáng)度和比重反應(yīng)操作的要求（如pH值是否可控制）對(duì)付雜菌污染的措施反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程的類(lèi)型底物（溶液）的性質(zhì)催化劑的再生、更換的難易反應(yīng)器內(nèi)液體的塔存量與催化劑表面積之比傳質(zhì)特性反應(yīng)器制造成本和運(yùn)行成本

酶工程

5.5酶反應(yīng)器5.5.1酶反應(yīng)器的基本類(lèi)型

5.5.1.1

攪拌罐型反應(yīng)器

帶有機(jī)械攪拌裝置的反應(yīng)罐稱(chēng)攪拌罐型反應(yīng)器

酶工程

5.5酶反應(yīng)器間歇式攪拌罐連續(xù)式攪拌罐多級(jí)連續(xù)攪拌罐5.5.1.2固定床型反應(yīng)器

把催化劑填充在固定床（填充床）中的反應(yīng)器叫做固定床型反應(yīng)器。填充床（固定床）帶循環(huán)的固定床列管式固定床

酶工程

5.5.1酶反應(yīng)器的基本類(lèi)型5.5.1.3流化床型反應(yīng)器

流化床型反應(yīng)器是一種裝有較小顆粒的垂直塔式反應(yīng)器。底物以一定的流速?gòu)南孪蛏狭鬟^(guò)，使固定化酶顆粒在流體中維持懸浮狀態(tài)并進(jìn)行反應(yīng)，這時(shí)的固定化顆粒和流體可以被看作是均勻混合的流體。

流化床型反應(yīng)器

酶工程

5.5.1酶反應(yīng)器的基本類(lèi)型5.5.1.4膜式反應(yīng)器

膜反應(yīng)器是利用膜的分離功能，同時(shí)完成反應(yīng)和分離過(guò)程的反應(yīng)器，包括用固定化酶膜組裝的平板狀或螺旋卷型反器、轉(zhuǎn)盤(pán)反應(yīng)器和空心酶管、中空纖維膜反應(yīng)器等。螺旋卷式生物膜反應(yīng)器攪拌罐-超濾器聯(lián)合裝置

酶工程

5.5.1酶反應(yīng)器的基本類(lèi)型

第二代酶反應(yīng)器的主要類(lèi)型含輔因子的酶反應(yīng)器兩相或多相酶反應(yīng)器固定化多酶反應(yīng)器

酶工程

5.5.1酶反應(yīng)器的基本類(lèi)型酶反應(yīng)器5.5.2酶反應(yīng)器的設(shè)計(jì)原則底物的酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)以及溫度、壓力、pH值等操作參數(shù)對(duì)此特性的影響；反應(yīng)器的類(lèi)型和反應(yīng)器內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)及傳熱特性；需要的生產(chǎn)量和生產(chǎn)工藝流程。

酶工程

5.5酶反應(yīng)器

5.5.3酶反應(yīng)器的性能評(píng)價(jià)

空時(shí)：空時(shí)是指底物在反應(yīng)器中的停留時(shí)間。

轉(zhuǎn)化率：轉(zhuǎn)化率是指每克底物中有多少被轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。

酶反應(yīng)器的生產(chǎn)強(qiáng)度：酶反應(yīng)器的生產(chǎn)強(qiáng)度是指每小時(shí)每升反應(yīng)器體積所生產(chǎn)的產(chǎn)品克數(shù)。

酶工程

5.5酶反應(yīng)器5.5.4酶反應(yīng)器的操作5.5.4.1酶反應(yīng)器的微生物污染的預(yù)防用酶反應(yīng)器制造食品和生產(chǎn)藥品時(shí)，生產(chǎn)環(huán)境通常須保持無(wú)菌，并應(yīng)在必要的衛(wèi)生條件下進(jìn)行操作，因?yàn)槲⑸锏奈廴静粌H會(huì)堵塞反應(yīng)柱，而且它們產(chǎn)生的酶和代謝物，還會(huì)進(jìn)一步使產(chǎn)物降解或產(chǎn)生令人厭惡的副產(chǎn)物，甚至能使固定化酶活性載體降解。

酶工程

5.5酶反應(yīng)器5.5.4.2酶反應(yīng)器中流動(dòng)方式的控制

攪拌速度的控制

柱壓降的控制壅塞的控制

酶工程

5.5.4酶反應(yīng)器的操作酶反應(yīng)器5.5.4.3酶反應(yīng)器恒定生產(chǎn)能力的控制控制反應(yīng)器的流速提高溫度柱反應(yīng)器串聯(lián)

酶工程

5.5.4酶反應(yīng)器的操作生物反應(yīng)器生物傳感器的簡(jiǎn)圖5.6.1生物傳感器的原理

酶工程

5酶工程

5.6生物傳感器

生物傳感器的分子識(shí)別元件

分子識(shí)別元件生物活性材料酶膜各種酶類(lèi)

全細(xì)胞膜細(xì)菌、真菌、動(dòng)植物細(xì)胞

組織膜動(dòng)植物組織切片

細(xì)胞器膜線(xiàn)粒體、葉綠體等細(xì)胞器

（引自張先恩，1991）

酶工程

5.6生物傳感器

生物學(xué)反應(yīng)信息和換能器的選擇生物學(xué)信息換能器的選擇離子變化電流型或電位型的離子選擇電極、阻抗計(jì)質(zhì)子變化離子選擇電極、場(chǎng)效應(yīng)晶體管氣體分壓變化氣敏電極、場(chǎng)效應(yīng)晶體管熱效應(yīng)熱敏元件光效應(yīng)光纖、光敏管、熒光計(jì)色效應(yīng)光纖、光敏管質(zhì)量變化壓電效應(yīng)電荷密度變化阻抗計(jì)、導(dǎo)納、場(chǎng)效應(yīng)晶體管溶液密度變化表面等離子共振

（引自張先恩，1991）

酶工程

5.6生物傳感器

5.6.2

生物傳感器的分類(lèi)

5.6.2.1

酶?jìng)鞲衅骼妹傅拇呋饔?，在常溫常壓下將糖?lèi)、醇類(lèi)、有機(jī)酸、氨基酸等生物分子氧化或分解，然后通過(guò)換能器將反應(yīng)過(guò)程中化學(xué)物質(zhì)的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)記錄下來(lái)，進(jìn)而推導(dǎo)出相應(yīng)的生物分子的濃度。

酶工程

5.6生物傳感器

葡萄糖氧化酶電極（引自郭勇,1994）

酶工程

5.6.2.1酶?jìng)鞲衅?/p>

5.6.2.2組織傳感器利用動(dòng)植物組織中多酶系統(tǒng)的催化作用來(lái)識(shí)別分子。由于所用的酶存在于天然組織內(nèi)，無(wú)須進(jìn)行人工提取純化，因而較為穩(wěn)定，制備成的傳感器壽命較長(zhǎng)。5.6.2.3微生物傳感器應(yīng)用細(xì)胞固定化技術(shù)，將各種微生物固定在膜上的生物傳感器。它主要可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是利用微生物的呼吸作用；另一類(lèi)是利用微生物內(nèi)所含的酶。

酶工程

5.6.2生物傳感器的分類(lèi)

5.6.2.4免疫傳感器利用抗體與抗原之間的高特異性而研制的。它克服了放射免疫法的缺點(diǎn)，無(wú)須使用昂貴的儀器和進(jìn)行復(fù)雜的放射性廢物處理。5.6.2.5場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）生物傳感器將生物技術(shù)與晶體管工藝結(jié)合的第三代生物傳感器。它具有所需酶或抗體量小的優(yōu)點(diǎn)，但由于器件的成品率很低，目前實(shí)際應(yīng)用不大。