生物传感器的优点及固定化技术

生物传感器与传统的化学传感器和离线分析技术(如分光光度计或质谱仪等)相比，具有明显的优势，如高度特异性，灵敏度高，稳定性好，成本低廉，体积小，能在复杂的体系中进行快速实时的连续检测。一般不需要样品的预处理，样品用量少,响应快，固定化敏感材料可反复多次使用，成本远低于离线分析仪器，易于推广普及。

生物活性单元的固定化技术是生物传感器制作的核心部分，它要保持生物活性单元的固有特性，避免自由活性单元应用上的缺陷。固定化技术决定了生物传感器的稳定性、灵敏度和选择性等主要性能。

早期生物活性物质测量,如酶分析法，是在水溶液状态下进行的，由于酶在水溶液中一般不太稳定，且酶只能和底物作用一次， 因此，使用起来很不方便。要使酶作为生物敏感膜使用，必须研究如何将酶固定在各种载体上，这-技术称为酶的固定化技术。该技术的主要特点是:固定化酶可以很快从反应混合物中分离，并能重复使用;通过适当控制固定化酶的微环境，可获得高稳定性、高灵敏度、快速的响应等;选择电极尺寸和形状具有较大的灵活性，易于微型化。目前生物传感器的固定化技术主要有吸附法、共价键合法、物理包埋法和交联法等。

1.吸附法

生物活性单元在电极表面的物理吸附是一种较为简单的固定化技术。酶在电极上的吸附一般是通过含酶缓冲溶液的挥发进行的，通常温度为4C,因此，酶不会发生热降解。吸附后，还可以通过交联法来增加稳定性。物理吸附无需化学试剂，清洗步骤少，很少发生酶降解，对

酶分子活性影响较小。但对溶液的pH值变化、温度、离子强度和电极基底较为敏感，需要对实验条件进行相当程度的优化。该方法的吸附过程具有可逆性,生物活性单元易从电极表面脱落，因此寿命较短。

2.共价键合法

共价键合法是指将生物活性单元通过共价键与电极表面结合而固定的方法，通常在低温(0°C)、低离子强度和生理pH条件下进行，并加入酶的底物以防止酶的活性部位与电极表面发生键合作用而失活。电极表面的共价键合比吸附困难，但固定化酶稳定性较好。

3.物理包埋法

物理包埋法是采用凝胶/聚合物包埋，将酶分子或细胞包埋并固定在高分子聚合物的空间网状结构中，常用的聚合物是聚丙烯酰胺。物理包埋法是应用最普遍的固定化技术。该技术的特点是:可采用温和的试验条件及多种凝胶/聚合物;大多数酶很容易掺人聚合物膜中，一般不产生化学修饰;对酶活性影响较小;膜的孔径和几何形状可任意控制;包埋的酶不易泄漏，稳定性好。此外，包埋法还具有过程简单，可对多种生物活性单元进行包埋的优点。采用物理方法将凝胶/聚合物限制在电极表面，使得传感器难以微型化。

生物传感器的固定化技术十分重要，固定化技术的不断改进和完善表现在对固定化方法和生物活性载体的研究和开发上。目前使用的固定化载体、方法或技术并未达到完善的程度，因此使用更简单、更实用的新型固定化技术仍是该领域今后研究的重要方向之一。随着科学技术的发展，基于新的原理的生物传感器将不断涌现，必将推动生命科学技术的向前发展。