OMC在电化学生物传感器中的应用论文

2024-05-04

OMC在电化学生物传感器中的应用论文（通用10篇）

篇1：OMC在电化学生物传感器中的应用论文

溶胶-凝胶技术在电化学和生物传感器制备中的应用近况

对溶胶-凝胶技术在制备电化学和生物传感器中的应用近况(涉及年份主要在1992-间)作了评述,内容主要集中在应用此技术包埋某些电化学活性物质或生物化学活性分子于其中而制备相关传感器的`方法及其原理,在制备传感器过程中的影响因素以及此类传感器的分析应用.此外,对其发展趋势也作了简单的讨论(引用参考文献51篇).

作者：张贵贤刘道杰 ZHANG Gui-xian LIU Dao-jie 作者单位：聊城大学,化学化工学院,聊城,252059刊名：理化检验-化学分册 ISTIC PKU英文刊名：PHYSICAL TESTING AND CHEMICAL ANALYSIS PART B:CHEMICAL ANALYSIS年，卷(期)：43(4)分类号：O657.1关键词：溶胶-凝胶技术传感器综述

篇2：OMC在电化学生物传感器中的应用论文

电化学气体传感器在烟气监测中的应用

随着电力、石化和煤化工项目的`迅速发展,烟气排放越来越受到人们的广泛关注.而烟气的监测是通过电化学气体传感器的测量实现的.科学地使用和维护电化学传感器,可有效地延长传感器的寿命,保证其测量结果的准确性.对于控制排放指标,实现节能减排起着非常重要的作用.

作者：史晓军作者单位：大唐国际阜新煤制气有限公司,辽宁阜新,123000刊名：中国仪器仪表英文刊名：CHINA INSTRUMENTATION年，卷(期)：2009“”(6)分类号：X8关键词：分析仪气体传感器维护测量精度

篇3：OMC在电化学生物传感器中的应用论文

生物传感器是用固定化的生物活性成分为敏感元件与适当的能量转换器件结合而成的传感装置, 用以测定一种或几种分析物的含量。生物传感器是多学科交叉的产物, 是一种全新的检测技术, 在生命科学、临床诊断、环境监控以及过程控制等各种领域都有所应用。生物传感器与传统的检测手段相比, 具有高专一性和灵敏度, 响应时间快的明显优势, 但对于实现在线、实时检测的要求仍有一定差距。

纳米技术主要是针对尺度为 1～100nm 之间的分子世界的一门技术, 是21世纪最前沿的两大学科之一。纳米颗粒处在宏观体系和微观体系之间的过渡区域, 是由数目极少的原子或分子组成的原子群。纳米颗粒的特殊结构使其具有微尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应, 并由此引起力学、电学、磁学、热学、光学和化学活性等方面的特殊性质。它具有比表面积大、表面活性中心多、催化效率高、吸附能力强、表面活性高等优点而被用于电化学生物传感器的研究, 以提高灵敏度和缩短反应时间。

2 电化学生物传感器

电化学生物传感器是以酶、微生物、抗原或抗体、细胞、动植物组织为敏感膜, 以将生物量转换为电信号的电化学电极为转换器组成的装置。根据其产生电信号的类别, 可分为电流型和电位型两大类。目前研究较多的是各种酶电极。

酶电极就是利用酶对生化反应催化的单一性目标物质进行检测。在绝大多数情况下, 生物酶会保持极大的选择性。通常在生物酶的催化下发生如下的生化反应:

式中, S1为目标物, S2为媒介物, P1为生成物1, P2为生成物2。当目标物S1的浓度不能被直接检测时, 可以通过检测媒介物S2的减少量 (或P1、P2的生成量或生成速度) 来获得目标物的浓度。

3 研究现状

3.1 纳米颗粒用作抗干扰剂

长期以来, 减小共存电活性物质, 特别是抗坏血酸 (AA) 的干扰是葡萄糖生物传感器研究的重点。最近, 研究人员将MnO2纳米颗粒溶于壳聚糖溶液中, 电沉积在葡萄糖氧化酶 (GOD) 修饰的电极表面, 形成一层氧化物薄膜。这样制得的生物传感器可以很好地消除AA的干扰, 而对葡萄糖的测定没有影响。

3.2 纳米颗粒标记

许多文献报道了胶体金在各种生物传感器中的信号放大作用。首先把生物素化的白蛋白吸附在电极表面, 再与10 nm直径胶体金标记的亲和素反应, 由胶体金引起的电流响应与亲和素浓度在一定范围内线性相关。纳米颗粒也可以用来定位肿瘤, 荧光素标记的识别因子, 与肿瘤受体结合, 可以在体外用仪器显影确定肿瘤的大小和位置。另一个重要的方法是用纳米磁性颗粒标记识别因子, 与肿瘤表面的靶标识别器结合后, 在体外测定磁性颗粒在体内的分布和位置, 从而给肿瘤定位。

3.3 纳米颗粒用作固定载体

在生物传感器的研制中, 人们尝试用多种新方法来固定酶, 以期达到实用的要求。纳米颗粒比表面积大、吸附能力强, 可以很牢固地吸附酶等生物大分子, 增加酶的吸附量和稳定性, 且蛋白质等物质吸附在纳米金属颗粒的表面上仍能保持生物活性。

(1) 纳米颗粒在GOD电极中的应用。

用超细颗粒固定化酶是传感器研制中最有前途的方法。早期的研究主要集中于单一纳米颗粒, 后来发展为将复合纳米颗粒应用于GOD和其它酶电极中。

①复合纳米颗粒的应用。

任湘菱用憎水银-金纳米颗粒进行GOD的固定化研究表明:憎水银-金纳米颗粒可以显著提高GOD酶电极的响应灵敏度。这主要是由于: (1) 金属纳米颗粒本身就具有催化活性:当金属原子簇所包含的原子数少到一定数目时, 颗粒本身具有从周围体系中吸取电子而被还原的特性。因而在GOD酶反应中纳米颗粒迅速地从被还原的GOD (FADH2) 获取电子而使GOD重新具有氧化性, 这样就加速了酶的再生速度; (2) 纳米颗粒表现出显著的不同于块体材料的特性, 其非常大的表面积和较高的表面自由能使得大量GOD牢固吸附在纳米颗粒表面, 在一定程度上钝化了酶的构型, 使其不易发生进一步的变化而失活, 增加了酶的稳定性和催化活性。

将纳米憎水Si02和亲水Au组成的复合纳米颗粒固载GOD构建的传感器, 可以保持GOD的活性和延长酶电极的寿命, 其效果明显优于这两种纳米颗粒单独使用时对GOD电极响应性能的增强作用。主要原因是复合纳米颗粒比单一纳米颗粒更易于形成连续势场, 降低电子在电极和固定化酶之间的迁移阻力, 提高电子迁移率, 有效地加速了酶的再生过程, 所以复合纳米颗粒显著增强了传感器的电流响应, 提高了传感器分析葡萄糖的灵敏度。

②纳米颗粒与修饰电极联用。

钟霞等人用 (3-巯基丙基) -三甲氧基硅烷凝胶溶胶修饰的金电极表面自组装纳米金和GOD。研究表明, 纳米金可与巯基结合, 形成牢固的共价键, 增加了其固化GOD的稳定性而不影响其活性;纳米颗粒增加了三维电极的有效固定面积, 可以结合更多的GOD, 使得检测下限延长;同时纳米金的存在加快了GOD活性中心FDA/FDAH2与金电极表面的氧化还原反应, 因此制成了高灵敏度的生物传感器。

研究分析, 在纳米铜修饰的金电极上以邻胺基苯酚聚合物固载GOD制成的电极, 纳米铜加入后对葡萄糖的检出线低2倍, 最大响应电流高3倍, 灵敏度提高了2.5倍。

(2) 纳米颗粒在辣根过氧化酶 (HRP) 电极中的应用。

将巯基化的苯乙烯丙烯酸共聚物修饰的金电极自组装纳米金颗粒和HRP, 获得的传感器在没有电子媒介体的情况下仍具有很强的电催化响应信号, 并且该传感器在使用60天后仍具有98.7%的生物活性, 显示了很高的可重复利用率。

采用TiO2纳米颗粒与聚乙烯醇缩丁醛作为固酶基质, 用凝胶溶胶法固定HRP, 构成过氧化氢生物传感器。实验结果表明, 纳米TiO2颗粒的引入明显提高了HRP对H2O2的响应电流。

研究还发现, 将TiO2纳米颗粒溶液与HRP混合, 涂覆在热碳电极上, 挥去溶剂后成为固载HRP的TiO2膜。纳米TiO2颗粒大的表面积保证了膜的稳定性, 其良好的生物兼容性使酶保持原有的结构和电催化活性, 并为酶和电极之间电子传递提供了最适的微环境。HRP-TiO2膜的这些特点具有广泛的应用价值。

利用纳米金、HRP、壳聚糖和戊二醛的混合溶液, 在玻碳电极表面形成稳定固载HRP的壳聚糖膜。纳米金与HRP形成静电复合物, 防止了HRP从壳聚糖膜中泄漏并提供适应酶所需的微环境, 保持了HRP的生物活性。

另外, 利用血红素 (Hb) 代替HRP, 将其固定到纳米金修饰的电极表面。由于纳米金的存在加快了电子传递过程, 复合电极对H2O2有很强的还原作用, 且稳定性好。也有人用纳米ZrO2/DMSO (二甲亚砜) 膜为基质, 将Hb固定到PGE表面, 保持了其原有的构型和催化活性, 且电极在74℃的高温下稳定。

(3) 纳米颗粒在其它酶电极中的应用。

将巯基乙胺固载到玻碳电极表面, 进而化学吸附纳米金, 并通过半胱氨酸用戊二醛作交联剂, 将白喉抗体固定在玻碳电极上, 制得的电位型免疫传感器灵敏度高, 对白喉类毒素检测的线性范围是24～600 ng/ml, 检出限为5.2 ng/ml。已研制的Nafion/黄嘌呤氧化酶 (XO) /纳米金胶电流型生物传感器能快速灵敏地检测次黄嘌呤, 并且有非常低的检测限, 该生物传感器有望实现对次黄嘌呤的在线测定。国内外研究人员还用纳米金胶吸附XO、牛碳酸脱水酶并电沉积在基础电极 (如铂和玻碳电极) 上制成不同的电流型生物传感器。

4 发展趋势

近年来, 将各种纳米颗粒应用于电化学生物传感器的研究, 正引起人们极大的兴趣, 并使传感器技术获得巨大进步。初步实验结果表明, 纳米颗粒以其吸附能力强、生物兼容性好、催化效率高等优良性质, 在生物标记、放大信号、消除干扰和多种酶的固定化技术中得到了广泛地应用:大幅度提高了检测的灵敏度, 缩短了响应时间, 实现了目标物的实时检测;延长了一些酶电极的使用寿命, 降低了成本;同时使仪器向微型化发展成为可能。

但也不难看出, 目前的研究工作仅在少数几种物质的实时检测中取得了良好的结果, 而且所使用的纳米颗粒的种类也很有限。为了最大程度地保持酶的生物活性, 延长酶电极的使用寿命, 进一步提高生物传感器的灵敏度和响应电流, 缩短相应时间, 在纳米制备方法的改进、各种形式的有机或无机纳米材料的应用、特殊结构和材料的电极的研制等方面, 仍有较大的发展空间, 有待于科学工作者进行更深入地研究, 以期制造出综合型、智能型的纳米仪器。

参考文献

[1]任湘菱, 唐芳琼.超细银-金复合颗粒增强酶生物传感器的研究[J]化学学报, 2002, 60 (3) :393-397.

[2]Xia Zhong, Ruo Yuan., Yaqin Chai et al.Glucose biosensor based on self-assembled gold nanoparticles and double-layer2d-network (3-mercaptopropyl) -tri methoxysilane polymer onto gold substrate[J], Sensors and Actuators B, 2005, (104) :191-198.

[3]Dawei Pan, Jinhua Chen, Shouzhuo Yao, et al.Amperometric glucose biosensor based on i mmobilization of glucose oxidase in electropolymerized o-aminophenol fil mat copper-modified gold electrode[J], Sensors and Actuators B, 2005, (104) :68-74.

[4]Shiyi Xu, Xiaozu Han:A novel method to construct a third-generation biosensor:self-assembling gold nanoparticles on thi-ol-functionalized poly (styrene co-acrylic acid) nanospheres[J], Biosensors and Bioelectronics, 2004, (19) :1117-1120.

[5]钟霞, 欧朝凤, 邹建, 袁若, 柴雅琴.Ti O2纳米颗粒增强的过氧化氢生物传感器[J].西南大学学报 (自然科学版) , 2007, 29 (5) :40-43.

[6]Jingdong Zhang, Munetaka Oyama:A hydrogen peroxide sensor based on the peroxidase activity of hemoglobin i mmobilized on gold nanoparticles-modified ITO electrode[J], Electrochi mica Acta, 2004, (50) :85-90.

篇4：OMC在电化学生物传感器中的应用论文

目前，食品质量安全问题开始受到社会各界的高度重视，过去那种常见的化学检测很难真正满足食品检测的需要。在这种需求的背景下，很多方便、精确、并且节约成本的检测方法被人们发现推广，广泛应用于食品安全检查工作，生物传感器是一种更快速、敏感的检测仪器，直接已经成为食品快速检测技术的主要研究方向。生物传感集成现代电子技术和生物技术为一体，是一种新的高科技产品，它的应用有着非常深远的意义。

生物传感器的概述

生物传感器包含了现代科技技术，是一种标志性的技术，在采用传感技术领域的所有功能中发挥重要作用，成为现代信息产业发展的重要支柱。生物传感器主要是生物传感元素特有的敏感性和特异性，于传导的组合，并通过各种生物材料和代谢产品专门用于探测和识别的生物化学。生物传感器被广泛应用于生物医学和食品信息的测试方面，将检测和分子识别的特异性检测的元素有效结合后进入生物活性物质，产生化学和物理反应，因此使用传感器将其转换为定量，可以处理多种信号类型，然后通过电路进行处理，最终实现对测量对象的有效检测。

从结构商看，生物传感器包括识别部件和转换部件。识别部件主要是生物个体细胞、生物体分析等，转换部件主要为辅助部件，完成系统测量功能。生物传感器有很多特点，操作简单，选择性好，可重复使用，检测成本低，费用廉价。

生物传感器在食品污染检测中的应用

食品微生物的检测。食品安全检查非常复杂，生物传感器的使用可以大大提高检测速度和灵敏度分析，使整个测试过程非常简单。利用生物传感器检测的食品，其中包含几个测试操作，微生物检测是非常重要的，因为微生物产生的毒素本身造成严重威胁食品安全的，有很多食物中毒事件发生的原因都与微生物脱离不了关系，食品中微生物可以被生物传感器良好的监测。近年来，国内外学者通过基因芯片分析致病细菌的食物，来检测和识别各种特定的菌株，然后通过设计通用引物的方式扩张增加了细菌核糖体，直接放大和包含探测器的低密度芯片杂交，进行检查的目的，从而发现检测各种各样的微生物。

食品药物残留的检测。近年来，人们对食品的健康和安全观念是越来越重视，农药和兽药残留在食物中引起人们更多的关注和担忧，所以药物残留快速检测食品已成为研究的发展方向。能充分利用生物传感器，基于免疫原理的食品进行药物残留检测工作，比如用单克隆抗体蛋白的方法将其固定在压电晶体上的金电极表，而被检测物中的莠去津所具备的吸附效果将导致石英晶体振荡频率的明显变化。因此根据频率的变化来检测的浓度测试材料，测试的下限可达到1.5ng/ml。通过这个实验可以发现，将莠去津固定在压电晶体上测试的下限可以达到0.025ng/ml的标准。

食品激素的检测。通常在一些肉类食物更多的积累和残留激素，采取这种激素检测方法主要是免疫的方法。酶联免疫吸附是一个极为重要的方式之一，是主要利用抗原和抗体的特异性免疫反应，通过酶催化来检测食品中激素残留。国内研究检测食品中激素的残留产生了一个更显著的影响，相关研究人员根据竞争酶免疫反应的原则设计出食物激素残留检测传感器，传感器也成为乙烯雌酚传感器。直接对酶标乙烯雌酚和抗体两者的结合率进行检测，即可得出食品当中所包含的乙烯雌酚的具体含量。

总之，科技发展的步伐为生物传感器的研究和开发提供了巨大的发展机遇，各种新型生物传感器系统，广泛应用于人们的生活，尤其是在医药、食品和基因检测等方面所扮演的角色越来越重要。生物传感器技术应用在食品污染检测中，能有效地保护食品安全健康，对人的健康具有重要意义。

作者简介：刘欢（1984—），男，湖北孝感人，德国注册酿造师，湖北轻工职业技术学院讲师，研究方向：微生物检测，啤酒酿造，生物发酵。

篇5：OMC在电化学生物传感器中的应用论文

摘要：随着荧光分析技术和传感技术的发展,荧光化学传感器已经成为一种重要的连续分析测量装置.它具有很高的选择性和灵敏度,可以实现对pH、溶解氧、含氮化合物、有毒害重金属离子、有机污染物进行实时和在线测定,因此在环境分析监测方面具有广泛的.应用前景.简要介绍了荧光化学传感器的原理、制备及分类,综述了近年来荧光化学传感器的发展及其在环境分析监测中的最新研究成果,并探讨了荧光化学传感器在环境分析监测领域的应用前景和发展方向.作者：高攀峰曾光明牛承岗汤琳 Gao Panfeng Zeng Guangming Niu Chenggang Tang Lin 作者单位：高攀峰,Gao Panfeng(湖南大学环境科学与工程学院,湖南,长沙,410082;武汉科技大学中南分校生命科学学院,湖北,武汉,430223)

曾光明,牛承岗,汤琳,Zeng Guangming,Niu Chenggang,Tang Lin(湖南大学环境科学与工程学院,湖南,长沙,410082)

篇6：OMC在电化学生物传感器中的应用论文

摘要：VR技术在现今的教育实践中有着引领及导向的作用，在“生物化学”课程教学中也显得尤为重要。文章重点探索VR技术在高职“生物化学”课程教学中的应用，并站在不同角度分析VR技术带给高职教育的优势和便捷，指出VR技术进入高职院校已经是大势所趋，不仅能更好地营造良好的教学氛围，还能最大化地提高学生的实践能力以及掌握知识技能的能力。

关键词：VR技术；生物化学；高职课程教学；核心能力

中图分类号：G642；G712 文献标志码：A 文章编号：1008-3561（2017）21-0017-01

21世纪以来，社会进入了信息化时代，在生活中电子产品已经成为了当今社会的主要信息来源之一。VR技术已经日?成熟，以此为基础的产品也应运而生，如在影视、电子商务、医疗等行业已经得到了广泛应用。在高职教育领域，VR技术也已经逐渐被大家熟知及应用。

一、VR技术

（1）VR的概念及特征。VR技术是利用电子技术、计算机、传感器技术、图像技术、人机接口技术、多媒体技术以及仿真技术等多样化的科学技术，逐步产生的电子科学技术。这是一种可以充分创建以及体验虚拟世界的计算机仿真技术，也是颇具挑战性的前沿科学。虚拟的世界无疑是利用计算机控制的，因此，人们在利用VR技术创建的虚拟环境中是与真实的世界没有差别的。VR技术有三大特征，分别是沉浸性、构想性及交互性。沉浸性指的是用户可以在纯自然的状态下使用交互设备与自身的感知觉系统“融为一体”，也就是说虚拟世界带给人们的是一种身临其境的感觉。构想性是指用户在身临其境的同时可以获得新的知识，从而更好地开阔思维或有所启示。交互性指用户可以通过特有的输入/输出设备和虚拟世界中的人物及事物进行交互操作和交流。

（2）VR技术在职业教育中的应用优势。第一，成本低。传统的实验场所的建设会需要很大一笔经费，而且学生在进行实验或操作的过程中，特有的损耗甚至损坏都是在所难免的。然而使用VR技术建设的虚拟实验场所，成本相比于实际的操作场所要低，最重要的是其特有的损耗几乎为零。第二，灵活性好。在传统的教学实验当中学生如果遇到了难点或者重点的实验项目，可以在VR技术建造的虚拟环境中有针对性、计划性地反复练习或者将实验步骤放大。这有利于学生对实验本身的理解，也不会受实验的场地及材料损耗的限制，学生能有选择性地学习。第三，消耗低。在VR技术模拟的场景中，教师可以将硬件和软件两者结合来满足教学的需求。使用过程中，教师也不会因为个别失误而导致整个实验失败，原有的教学资源也可以最大程度地节约下来。

二、VR技术在“生物化学”课程教学中的应用方式

（1）“生物化学”课程整体设计。“生物化学”课程对于医学生物技术专业来说是核心课程，“生物化学”前期课程分为：药理学、分析化学、化学、微生物技术、人体生理，同步课程为：生物药物分析与检测技术、免疫学技术、生物制药技术，后续课程分为：细胞培养技术、生物制品生产技术等。这门课程的核心能力是生产技术和检测技术，检测技术则分为纯度鉴定、含量测定等，生产技术分为配液、发酵、提取、纯化、制剂等。从这个角度来看，实验将是掌握本门课程的核心教学手段。因此，VR技术的应用是必然的。

（2）VR技术在“生物化学”课程教学的意义。在VR技术中，学生能够通过自然的交互作用以及个别化的学习来提高学习兴趣。而在VR技术下的实验课中，学生既是一名实验者，也是一名观察者，更是一名体验者。VR技术能将枯燥的生物化学实验变得灵活多变，把学生的思维完全带入实验当中，教师也不必花更多的精力来讲解乏味的实验结论，传统式的费时费力的教育模式被改变。同时，VR技术在“生物化学”课程教学中，既是能够灵活操作的教具，也是无言的导师，更是带给学生乐趣的向导。在某种意义上来说，VR技术在“生物化学”课程教学中是在利用现代科技来重塑教学模式，充分体现了“工学结合”的理念，既能重塑教学大纲，也可以一定程度上摒弃原有的实验教材，让学生充分体验学习及实验的乐趣。如在配液、发酵、提取、纯化、制剂等实验中，学生可以反复操作此项目，并且不会浪费教学资源及损耗实验器具。在实验的精准程度上也能大大提高，原因是忽略了在现实实验中一些不可抗力的因素，如空气、尘土等的干扰，学生能在最理想化的实验环境中进行操作。VR在学生预习或复习中也能提供相应的素材，不受实际情况的约束，能充分验证并补充学生的想法。学生之间也能相互鼓励、共同实验，在相互辅助中完成两个或多个他们能够看懂的实验现象。

三、结束语

VR技术在“生物化学”教学中的应用，有案例式、启发式、探究式、讨论式等教学方式，对学生能起到加深理解、激发求知欲、培养综合能力等作用。它不仅能使枯燥乏味的生物化学实验变得灵活多变，而且缓解了实验设备不足的问题。VR技术也不断突破传统的教学手段，构建了多个新颖的教学模式。同时，VR技术也极高地提升了学生对于本专业的自信程度和知识掌握程度，从而更好地投入到我国生物化学领域的研究中。

参考文献：

篇7：OMC在电化学生物传感器中的应用论文

生物化学是一门重要的医学基础课程，在医学教学中有承前启后的作用，是联系基础课程与临床课程的桥梁，不仅检验专业学生必须掌握，对临床医学、预防医学、口腔医学学生亦必不可少，但是生物化学课程内容繁多、枯燥、概念抽象、代谢途径复杂，加之系统性、抽象性、联系性比较强，导致部分学生对该课程的学习缺乏兴趣和信心，甚者产生厌学情绪，是一直以来医学生普遍感到难学的一门医学基础课程[1]。

笔者将案例教学法应用到医学生物化学课堂的教学实践中，达到了激发学生学习热情，培养学生分析问题、解决问题的能力和掌握生物化学基础知识的教学目的。现将应用案例教学法的体会总结报道如下：

1传统教学法和案例教学法

生物化学的传统教学法中一直存在只重视讲解理论知识，而轻视甚至忽视与临床的联系的问题，造成理论与临床脱离，影响了学生创造性思维能力的发挥，教学效果不尽人意。传统教学法在教学中存在着很大弊端，教学改革势在必行，改革的目的是生物化学的教学要跟上医学教育的发展和学生的需求。

案例教学法起源于20世纪代，由美国哈佛商学院倡导，以案例为基本教学材料，将学生引入教育实践的情境中，通过师生、生生之间的多向互动、平等对话和积极研究等形式，提高学生面对复杂教育情境的决策和行动能力，从而激发学生的学习兴趣，培养其创造能力及分析、解决问题的能力[2]。目前，案例教学法已广泛应用于医学、法学、管理学等学科[3]。生物化学具有化学反应机理复杂、内容多、概念多、理论性强等特点，因此，在医学生物化学教学中设置具体的生活和临床案例分析，引导学生积极主动参与分析、讨论、表达，能够让书本上抽象模糊的概念、反应机理变得具体生动，也培养了学生利用所学生化知识解释、分析临床疾病机制的能力，从而让其亲身感受到生物化学与临床医学的关系以及生物化学在指导临床诊断和治疗中的作用[4]。

2案例教学法

在生物化学教学中的具体应用物质代谢及调节是生物化学课程中的难点和重点，而糖代谢是三大营养物质代谢的重点。糖代谢使学生自然联想到糖尿病，随着社会经济的发展，人们生活方式的改变，人类居住环境污染的加重，以及社会人口老龄化到来，糖尿病在世界范围内的发病呈快速上升和蔓延趋势。作为一个医学生，应该了解糖尿病为什么会产生“三多一少”的症状?血糖为什么升高?平时食糖过多会不会产生糖尿病?糖尿病的合并症为什么可怕?糖尿病与胰岛素有何关系?为什么胰岛素可以治疗糖尿病?糖尿病与糖代谢的关系如何?糖尿病应当如何控制饮食和适量运动?通过让学生思考这些问题，引导学生学习理解糖代谢过程中糖的消化和吸收、糖的有氧氧化、糖原的合成与分解、糖的异生作用等，从而使学生加深对这些内容的学习和掌握，使课堂显得生动活泼。

脂代谢也在三大营养物质代谢中占重要地位，且内容较多，难于理解。脂代谢使学生自然联想到脂肪肝，近年来，随着社会经济的.发展和人们生活方式的改善，与肥胖相关的营养过剩性脂肪肝的发病率越来越高，且渐趋低龄化，防治肥胖性脂肪肝这种现代都市病已刻不容缓。让学生带着什么是脂肪肝，脂肪肝有哪些并发症，脂肪肝的饮食需注意什么，脂肪肝检查项目有哪些，如何预防脂肪肝，肥胖为什么更容易得脂肪肝等问题，通过查阅资料，调动其思维积极性，从而使其进一步理解和掌握脂代谢中三酰甘油代谢、磷脂代谢、胆固醇代谢、血浆脂蛋白代谢的机理和过程，并让学生理解脂肪不仅可以堆积到肝脏引起脂肪肝，而且可以堆积到血管、心脏引起高脂血症、冠心病、动脉粥样硬化等疾病。教师还可以通过酮体生成和利用的教学，引入糖尿病酮症酸中毒的讲解。

氨基酸代谢与日常生活密切相关，一些患者在病情较重、身体虚弱的情况下均会采取氨基酸和白蛋白输液进行支持治疗。氨基酸是生物体内构成蛋白质分子的基本单位，与生物的生命活动密切相关，其在体内具有特殊的生理功能，是生物体内不可缺少的营养成分之一。食物蛋白质的质和量及各种氨基酸的比例，关系到人体蛋白质合成的量，尤其是对青少年的生长发育、孕产妇的优生优育、老年人的健康长寿有重要意义。老师可以联系奶粉行业的“三聚氰胺”事件，提出三聚氰胺如何提高蛋白质含氮量，又如何引起泌尿系统结石等问题，利用氨代谢的来源、去路、转运、解毒以及临床上发生氨中毒的可能机制，引导学生思考氨为什么会导致昏迷，肝性脑病的发病机制，高血氨患者为什么要用酸性透析液灌肠等问题，通过典型案例的学习和这些问题的提出，让学生集中精力投入到课堂的学习和讨论之中。

3案例教学法教师的准备工作

3.1观念和角色的转换在案例教学中，学生被设计身处在特定的情境中，教师由一个讲解者转变为参与者、协助者，学生是课堂学习的主角，改变了传统教学以教师和教材为中心，以灌输理论为手段的授课方式。案例教学是一种主动的、开放式的教学方式，充分调动了学生的主观能动性，挖掘了他们的潜力，培养了他们的自主学习意识[5]。

3.2典型案例的精选

选择案例时要紧扣本学科的教学大纲和培养目标，使案例与主题内容联系密切，根据不同层次学生的特点选择合适的案例，配合传统的讲授方法，讲课时教师要能够引导和把握整个教学过程，提前对学生需要复习或自学的相关知识做出要求，以期达到最佳的教学效果。

3.3提高自身素质

在案例选择和编写过程中，对教师提出了很高的要求，教师不仅要针对每一次典型案例，学习相关学科的知识，而且要理解和掌握与临床紧密相关的知识，这对一些非医学院校毕业的年轻教师来说有很大困难。因此，教师作为组织者、引导者，必须不断提高自身的知识水平和教学能力，对案例准备充分，反复思考教学中学生可能提出的各种疑问，只有这样，才能在教学中，与学生互动，达到预期的效果。

3.4注重学生能力的培养

案例教学的精髓在于教师提前设计好典型案例，引导学生自己根据案例查询资料，并在课堂上通过群体合作方式对问题做出分析和判断，找出最佳的答案。这种教学方法耗费教师大量的时间和精力，同时需要教师和学生相互协作和反复训练，答案和判断要通过学生自身应用知识和技能进行合理的分析得到，掌握理论联系实际的方法，从而逐步让学生养成自主学习的习惯。

4小结

篇8：OMC在电化学生物传感器中的应用论文

二硫化钼(MoS2)是典型的层状过渡金属二硫化物。单层二硫化钼是由中间钼原子层夹在上下两层硫原子中间由共价键结合,形成的“三明治夹心”结构二维晶体材料[1,2,3]。 MoS2纳米片拥有独特的物理、光学和电学性质,在传感器、超级电容器、电催化等领域都有良好的发展前景。

找到简单、高效制备MoS2纳米片的方法是其在各应用领域深入研究的重要基础。MoS2纳米片各层间都是通过较弱的范德华力相连,与石墨烯相类似,因此一些石墨烯的制备方法同样可以用于制备MoS2纳米片。目前,MoS2纳米片的制备方法主要有以微机械剥离法、锂离子插层法、液相超声法等为主的 “自上而下”的剥离法和以化学气相沉积 (CVD)法、水热法等为主的“自下而上”的合成法[4,5]。MoS2出色的电学性能和良好的生物相容性使其在生物传感器应用方面拥有很大的潜力,吸引着众多研究人员的目光。当前MoS2在生物传感器方面的应用主要集中在葡萄糖、尿酸、多巴胺等生物分子的检测上。

本文综述了近几年来关于MoS2纳米片的制备方法,分析了各方法的优缺点,并综述了MoS2纳米片在电化学生物传感器方面的应用,最后对其发展前景进行了展望。

1二维MoS2纳米片的制备方法

至今,已有多种制备单层和多层MoS2纳米片的方法,主要分为两类,一类是“自上而下”的剥离法,另一类是“自下而上”的合成法,如表1所示。

1.1“自上而下”剥离法

(1)微机械剥离法

微机械剥离法是利用一种特殊的粘性胶带将MoS2粉末剥离,即通过胶带的粘性附着力来克服层间较弱的范德华力达到剥离目的,从而得到单层或多层的MoS2。最早利用此方法的是Frindt[6],他于1965年成功得到了几层至几十层厚度的MoS2纳米片。随着工艺的改进,人们已经可以通过此方法得到几层甚至单层的纳米片。2004年,Novoselov[7]将该方法用于石墨、MoS2等大块层状材料并成功获得单层二维材料。该方法所得二维材料与剥离的大块层状材料有相似的晶体结构,并且在周围环境稳定存在,能保存一定时间。

微机械剥离法是制备单层二维纳米材料的传统方法,也是目前最有效的能够得到纯净、高结晶度和单原子层厚度的层状纳米材料的方法之一,因操作相对简便且剥离程度比较高,而成为目前应用最为成熟的方法。微机械剥离法所得的单层或少层MoS2纳米片与大块材料有相似晶体结构,具有高载流子迁移率。然而该方法剥离的MoS2层数较难控制, 产量低难大规模制备且重复性差,在实际生产中受到限制。

(2)锂离子插层法

锂离子(Li)插层法是利用插层剂(如丁基锂)嵌入到二维层状纳米材料中,增大材料的层间间距来减弱层间范德华力,然后超声,最终得到少层甚至单层的纳米片。目前,插层法主要有溶剂Li插层法、无溶剂Li插层剥离法、电化学Li插入法和水热辅助Li插层法。

Bang等[8]以N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)为溶剂,碱土金属氢氧化物为插层剂,通过插层辅助剥离得到了高浓度的二维MoS2纳米片。此方法剥离过程中,碱土金属阳离子(Li+、 Na+、K+)插入MoS2层间减弱层间的范德华力,再经过超声,大大提高了剥离效率,得到MoS2纳米片的效率远高于单独NMP溶剂剥离。实验中还对比了不同的碱土金属阳离子的剥离情况,其中Li+的剥离效果最好,得到MoS2纳米片质量浓度为0.80 mg/mL,证明阳离子半径越小,剥离效率越高。

Damien等[9]报道了采用一种无溶剂Li插层剥离方法得到MoS2纳米片的过程。将MoS2粉末与氢硼化锂混合,在Ar气下300 ℃加热3d,以完成Li插入过程,超声剥离得到MoS2纳米片。此高传导性能的MoS2表现出优异的催化活性。

Zeng等[10]采用电化学Li插入辅助剥离法,以Li箔作为阳极,MoS2粉末涂于铜箔真空中干燥后作为阴极,乙基碳酸酯(EC)和碳酸二甲酯 (DMC)按1∶1(质量比)比例溶于LiPF6作为电解液,在Ar气环境下通入一定电流完成嵌入过程,通电插层过程结束后清洗并超声剥离,制备了厚度约1.0nm、单层MoS2占92%(体积分数)以上的MoS2纳米片。

Liu等[11]开发了一种水热Li插入剥离法用于制备MoS2纳米片。以乙二醇为还原剂和溶剂,将溶有氢氧化锂 (LiOH)和MoS2粉末的乙二醇溶液于聚四氟乙烯内衬的高压釜中220 ℃加热24h。水热插层过程使锂离子可以快速插入MoS2的层间,随后在水中剥离,同时除去锂离子,得到超薄MoS2纳米片。

锂离子插层法剥离效率高,适用范围广,但耗时长,锂离子去除时易导致MoS2聚集。其中,电化学Li插入辅助剥离法新颖、快捷、产量高且能控制产物层数,但电路装置比较复杂,Li插入过程电流、时间不易控制;水热辅助插层法不需要复杂装置,但相对效率低、时间长。

(3)液相超声法

液相超声法是最新发展出来的方法。通常直接将MoS2粉末加在某种特定的有机溶剂或水中,借助于超声波的作用制备单层或多层MoS2溶液。除超声功率外,有机溶剂也是该方法制备MoS2的影响因素。

2011年,Coleman等[2]选用不同的溶剂对MoS2等二维层状材料进行液相剥离。结果表明,液相剥离层状纳米材料时,所选取溶剂的表面能与被剥离层状材料相当,能达到最好的剥离效果。二维纳米材料表面能相对较高,所以所需分散溶液沸点较高。液相超声剥离MoS2所用溶液主要为NMP、二甲基甲酰胺 (DMF)、N-环乙基吡咯烷酮 (CHP)[12,13,14]。

为了达到更好剥离MoS2纳米片的目的,很多研究人员从单一有机溶剂转向不同混合溶剂。Zhou等[15]将水和乙醇两种剥离效果不理想的溶液混合,剥离类石墨烯无机材料 (IGAs)MoS2、二硫化钨(WS2)和氮化硼(BN)。结果表明水和乙醇混合溶剂的剥离效果要优于单一的水或乙醇溶剂,且混合溶剂配比对剥离程度有很大影响。通过计算汉森溶解度参数,得出当乙醇的体积分数为45%时,剥离得到的MoS2浓度最大。同时在理论上证实两种低沸点有机溶剂的混合溶液是IGAs液相剥离的良好溶剂。Zhang等[16]用氯仿和乙腈的混合溶剂液相剥离制备获得MoS2纳米片同样证实了以上结论。两种低沸点溶剂混合来分散IGAs的方法具有成本低、毒性小、选择范围大等优势,是分散纳米材料很好的选择。

相比微机械剥离和Li离子插层法,液相超声法的剥离程度和效率略低,但操作简单方便,可以大批量生产。

1.2“自下而上”的方法

(1)CVD 法

CVD法是Mo和S的固态先驱体在高温下热分解,释放出的Mo和S原子沉积在基底上,逐渐生长成连续MoS2薄膜的方法。

Lee等[17]以硫粉为硫源,用三氧化钼(MoO3)粉末提供Mo,通过CVD法制备单原子层MoS2薄膜。其中SiO2/Si基板上预先滴加的还原氧化石墨烯(rGO)、PTAS或3,4,9, 10-苝四甲酸二酐(PTCAD)溶液作为种子,MoS2率先在其周围生长,并促进MoS2薄膜的形成。

Mo还可以通过Mo金属层提供。Gatensby等[18]在SiO2/Si基板上溅射一定厚度(0.5~20nm)的Mo金属层作为Mo源,置于双温区的石英管式炉。在另一个加热区域, 硫粉提供硫气体到反应区发生硫化。在基板上溅射Mo金属层还可以用掩膜来控制膜层的形状以及MoS2薄膜的生长区域。通过控制金属层厚度可很好地调节薄膜厚度,得到的最薄的MoS2为0.5nm,纯净且缺陷少。

CVD法具有尺寸可调、层数可控的特点,制备的MoS2纳米片质量高,有优异的电学性能,而且可以得到大面积连续的MoS2薄膜。

(2)水热法

水热法是指在特制的密闭反应器(高压釜)中,以水为介质,通过对反应体系加热,在反应体系中产生一个高温高压的环境而进行无机合成与材料制备的一种有效方法。

Hwang等[19]以六羰基钼(Mo(CO)6)和硫粉为前驱体, 通过水热法制备了层片约5层、平均尺寸约50nm的MoS2纳米片,层间距扩大为0.69nm。Wang等[20]通过两步水热法制备了MoS2纳米花,第一步以钼酸胺((NH4)6Mo7O24)为原料水热合成MoO3,第二步选用合成的MoO3为先驱体,以硫脲(H2NCSNH2)为硫源得到了3D MoS2纳米花。水热法还可用于制备MoS2复合材料。Yu等[21]利用碳纤维织布、 MoO3、硫代乙酰胺(CH3CSNH2)为原料,通过水热合成得到了三维MoS2纳米片阵列/碳纤维布复合材料(CCMS)。400 nm宽、15nm厚的三维MoS2纳米片阵列附在碳纤维上,大大增加了材料的表面积。

在众多制备纳米MoS2纳米片的方法中水热法具有能耗小、反应温度低(100~300 ℃)、反应条件温和且易控制、反应密闭性好、无需通惰性气体保护等优点,因而在特殊结构、形貌材料和低维材料的合成与控制方面显示出独特的魅力。

2MoS2纳米片在电化学生物传感器方面的应用

MoS2具有与石墨烯相似的结构,性能独特,有着大的表面积、良好的电子流动性和高电子态密度,表现出优异的电化学传感性能。当前MoS2纳米片制备的生物传感器主要用于检测乙酰氨基酚、葡萄糖、多巴胺、DNA等生物分子。

乙酰氨基酚(AC)又称扑热息痛,是最常用的非抗炎解热镇痛药,也是一种治疗感冒的药物,但过多服用会引起器官功能的衰竭,甚至可能致使胎儿畸形。因此,建立一种简单、快速,有高灵敏度、选择性良好的检测方法非常重要。 Huang等[22]先用Hummers法得到氧化石墨烯(GO),然后用L-半胱氨酸溶液辅助液相法制备了MoS2-石墨烯复合物 (MoS2-Gr),将MoS2-Gr均匀悬浮液滴在玻碳电极 (GCE)上得到MoS2-Gr修饰电极 ,作为检测AC的生物传感器。电化学检测表明该传感器电导性能良好,对AC的线性范围是0.1~100μmol/L,检测限为2.0×10-8mol/L(S/N =3)。在抗坏血酸(AA)和多巴胺(DA)共同存在条件下,该传感器具有良好的选择性,可以将3种物质能很好地区分开。

葡萄糖是生命活动中不可缺少的物质,在临床诊断、食物分析和生物科学等各方面都需要反应迅速,灵敏且稳定的电化学生物传感器来对葡萄糖进行检测。Wu等[23]通过电化学Li插层法得到了电导性良好的二维MoS2纳米片,并利用MoS2纳米片作修饰电极制备了一种基于酶的葡萄糖传感器。将MoS2悬浮液滴在用APTES处理的GCE上,经电化学还原并滴加葡萄糖氧化酶 (GOD)得到GCE-APTESrMoS2-GOD电极。此电极对葡萄糖有明显的氧化峰,表现出良好的电化学活性。基于酶的葡萄糖电化学传感器存在许多不足,在实际应用中受到限制。Huang等[24]通过化学还原法将铜纳米粒子沉积在MoS2纳米片上,得到Cu-MoS2复合物,制备了GCE/Cu-MoS2/Nafion非酶葡萄糖传感器,同时制备了GCE/MoS2/Nafion和GCE/Cu/Nafion电极作为对比。GCE/MoS2/Nafion电极得到的曲线几乎没有电流响应,表明在0~0.8V范围内,MoS2对葡萄糖的氧化没有催化活性。而GCE/Cu-MoS2/Nafion和GCE/Cu/Nafion两个电极得到的曲线都有明显的电流增加。尤其是GCE/CuMoS2/Nafion,在0.5V左右得到了明显的氧化峰,说明Cu纳米粒子对葡萄糖氧化有催化作用,细小的Cu纳米粒子均匀沉积在拥有大比表面积的MoS2纳米片上,其对葡萄糖的电化学活性大大提高。相比其它一些Cu基非酶葡萄糖传感器[25,26,27],该传感器有较宽的线性范围(0~4nmol/L)和出色的灵敏度(1055μA·(mmol/L)-1·cm-2)。

DA是一种神经递质,用来帮助细胞传送脉冲。多巴胺失调会引起精神分裂症和帕金森症等病症。MoS2修饰电极可以用于DA的检测。Su等[28]通过微波辅助水热方法将MoS2纳米片和Au纳米粒子(AuNPs)结合,制备了AuNPs @MoS2纳米复合物修饰电极,并对AuNPs@MoS2/GCE进行电化学表征。AuNPs@MoS2/GCE对DA的线性范围是0.1~200μmol/L,在S/N =3的信噪比下检测限达80 nmol/L。

电化学DNA生物传感器是近年来发展的一种新型DNA检测技术。基于MoS2表面的物理吸附和多数过渡金属离子固有的荧光淬灭特性,MoS2可通过范德华力吸附染料标记的ssDNA电极然后抑制染料的荧光,来达到检测DNA的目的。Zhu等[29]发现相比双链DNA(dsDNA),单层MoS2纳米片对单链DNA(ssDNA)有较好的荧光淬灭能力和亲和力,并借此首次得到了单层MoS2基的荧光纳米探针。该方法简单快捷,液相的检测环境适用于原位检测,加上MoS2纳米片可以大批量生产的优势,相信可以研究出简单快速且低成本的用于检测DNA的纳米探针。

MoS2纳米材料优异的电导性和良好的生物相容性使其在生物传感器应用中拥有巨大的潜力,但同时MoS2还面临一些问题。石墨烯具有超高的导电性,因为零带隙导带结构赋予石墨烯导体性能[30]。MoS2虽然具有与石墨烯相似的结构和性能,但其导电性远低于石墨烯,因而提高MoS2的导电能力是现在研究工作的重点。当前研究主要通过与金属纳米材料、碳纳米管(CNT)和石墨烯等高导电能力的材料复合,制备MoS2复合材料来提高其电导能力[31,32,33]。改善MoS2的表面活性也是需要研究的内容。当MoS2从大块材料上剥离成纳米片时,Mo或S暴露在纳米片的边界,而边缘S空位的位置直接影响材料表面活性[4]。当剥离的MoS2以Mo边缘终止时,S空位以边界空位呈现,反之则以边角空位呈现。S空位位于边界位置时阻碍了空位的吸附作用,而边角位置的S空位利于吸附的发生,具有更好的催化性能。经研究发现可以通过MoS2表面修饰Co或Ni等过渡金属来改善其催化活性。限制MoS2在生物传感器中应用发展的主要因素是制备方法。当前的制备方法都存在一定的不足,不同的制备方法得到的MoS2在尺寸性能上都有一定的差别,开发新的制备方法对MoS2在生物传感器的发展至关重要。

3展望

篇9：OMC在电化学生物传感器中的应用论文

关键词：中学化学实验教学；数字化技术实验；压强传感器；二氧化碳检测

文章编号：1005–6629（2015）9–0058–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

化学是一门基于实验的科学，化学实验对于理解化学理论知识裨益颇大。中学化学中常用的基于玻璃仪器和试剂的传统实验操作简单，对于有发光、发热、颜色变化等现象明显的化学反应教学效果好。但涉及到有气体产生、微弱温度变化、电子转移等用肉眼难以观察到现象的实验，学生只能凭空想象，教学效果差强人意。

早在1978年，发达国家已使用传感器来辅助教学。在美国化学教材[1]中，将依托传感器设计的新型实验取代了过去的传统实验。但反观国内中学化学教学现状，即使在上海这样较发达地区，真正将传感技术应用于课堂中的学校屈指可数。笔者认为，除了资金原因之外，缺乏紧扣教材内容、切实可行、设备简单的实验教学案例是传感技术尚未被广泛使用的主要原因。

当前，适用于中学化学教学的传感器有多种类型，如温度传感器、pH传感器等。本文将以压强传感器作为主要的实验设备，结合传统实验设备测定二氧化碳在水中的溶解速率，检验二氧化碳与氢氧化钠、碳酸钠反应的特有现象。选择压强传感技术的原因在于：（1）压强传感器的数据可靠，性能稳定，操作便捷；（2）压强是研究气体反应的一个重要参数，传统实验难以测定。引入压强传感技术能将压强数字化、直观化，扫除学生理解上的障碍；（3）压强传感器相对比较便宜，一套压强传感器装置的价格在2000元以内，能为一般中学所接受。

1 压强传感技术及装置简介

压强传感技术是DIS（数字化信息系统）实验技术的一种，由压强传感器、数据采集器、计算机和通用软件组成。压强传感器是通过压强传感器监测在恒容、密闭体系中气体微弱的压强变化，然后把测得的压强转化为电信号，数字采集器将电信号处理后传入计算机内，通过通用软件进行分析处理，并以数据图表等形式输出[2]。

本研究中所使用的实验装置如图1所示。该装置是以250mL集气瓶作为反应容器，配以符合集气瓶口径的单孔橡皮塞，橡皮塞连接塑料导管再连接至压强传感器。用集气瓶作为反应容器连接压强传感器进行实验能贴近教材上相关实验装置，装置简单操作简化，能在较短的时间内精确测出集气瓶内微弱的压强变化。

2 压强传感技术在中学化学教学中的应用

2.1 二氧化碳收集方法探究

实验室中如何收集一瓶纯度较高的二氧化碳气体？在我国的中学化学教材中，二氧化碳通常用向上排空气法收集，而用该法收集二氧化碳很难判断气体是否集满：已有实验[3]证明当二氧化碳的体积分数超过30%就能使点燃的木条熄灭。因此用此法收集到的二氧化碳往往不纯。

20℃，一个标准大气压下，1体积水中能溶解0.88体积的二氧化碳。因此二氧化碳通常被认为不能使用排水法收集。但国外的化学教材上多用排水法来收集。国内已有不少研究明确地提出了二氧化碳可以用排水法来收集[4，5]，但缺乏具体的数据来说明用排水法来收集一定量的二氧化碳时二氧化碳在水中溶解的量或者说损失率。本研究将用压强传感器来监测一定时间内二氧化碳在水中的溶解速率，再从二氧化碳的消耗率的角度来定量地说明用排水法收集二氧化碳的可行性。

2.1.1 基于压强传感技术验证二氧化碳在水中的溶解速率

收集一集气瓶二氧化碳气体，加入约三分之一集气瓶的水并立即盖上附有传感器的橡皮塞，在室温（15℃）下通过压强传感器测定集气瓶中压强变化，由气体压强随时间变化曲线计算二氧化碳在水中的溶解速率，具体过程如下：

（1）开始：数据采集器连接压强传感器，打开logger lite 1.5软件，以时间为横坐标，压强为纵坐标，得到“压强-时间”曲线。

（2）数据采集：气体压强缓慢减小，曲线基本保持水平，4分钟后停止采样，得到如图2所示的“压强-时间”曲线。

选取0～120秒数据做出拟合图线方程Pres=mt+b（m代表斜率，b代表截距）：P=-0.003618t+103.0。由此可得前两分钟内二氧化碳在水中的平均溶解速率ν=0.007980÷8.314÷288×60=9.06×10-5 mol/（L·min）。而常温常压下用2mol/L盐酸与大理石反应制取二氧化碳，前两分钟的平均速率在0.109 mol/（L·min）[6]左右。将这两个数据相除可以得知，若用排水法收集二氧化碳气体损失约为0.083%。

结论：通常情况下，二氧化碳气体在水中的溶解速率很慢，远远小于二氧化碳的制取速率。因此可以用排水法收集，且收集到的气体较排空气法更纯净。

2.2 二氧化碳气体与氢氧化钠溶液反应的实验探究

二氧化碳与氢氧化钠溶液的反应没有明显的实验现象，中学往往通过压强变化证明反应确实发生了。通常的做法是在一个充满二氧化碳的矿泉水瓶中加入适量的氢氧化钠溶液，迅速盖紧瓶盖。振荡溶液，发现瓶变瘪由此得出二氧化碳能与氢氧化钠反应，使瓶内压强变小，此实验成功的关键是要剧烈振荡矿泉水瓶。再现高考题中二氧化碳与氢氧化钠溶液的喷泉，也需振荡否则溶液液面上升很慢，甚至停止不动。为何二氧化碳与氢氧化钠的实验需要振荡呢？此外，经常会有学生提出疑问：矿泉水瓶变瘪会不会是由于二氧化碳溶解在水中的缘故呢？为了解释这些问题，笔者用压强传感器监测一定时间内二氧化碳与氢氧化钠在不振荡和振荡条件下的压强变化，并与二氧化碳溶于水的压强变化作比较。

2.2.1 基于压强传感技术验证二氧化碳气体与氢氧化钠溶液的反应

用排水法收集较纯净的二氧化碳气体于集气瓶中，迅速加入20mL 2 mol/L的氢氧化钠溶液立即盖上附有传感器的橡皮塞，在室温（15℃）下通过压强传感器测定集气瓶中压强变化，具体步骤与二氧化碳在水中的溶解速率实验相同。

采集前两分钟的数据，选取不同时段（0～54s、55～61s）数据分别做拟合图线方程（1、2）：P1=-0.1695t+99.27；P2=-1.684t+181.1，得到如图3所示的“压强-时间”曲线。

计算与讨论：0～54秒曲线斜率基本不变，ν1=4.25×10-3 mol/（L·min）；54秒后不断振荡集气瓶，压强急剧下降，55～61秒内ν2=4.22×10-2 mol/（L·min）；由于二氧化碳的消耗斜率逐渐减小。无论振荡与否，二氧化碳在氢氧化钠溶液中的溶解速率均大于其在相同条件下在水中的溶解速率9.06×10-5 mol/（L·min），说明二氧化碳在氢氧化钠溶液中不仅仅是溶解，还发生了化学反应。

从图中也可以明显看出，在不振荡的情况下二氧化碳与氢氧化钠溶液的反应速率仍较慢，振荡后反应速率显著提高。这是由于二氧化碳是一种非极性分子，溶于水这种极性溶剂中的速率较慢，因此难以快速与氢氧化钠发生反应。而振荡可以增加二氧化碳这一气相与溶液相的接触，从而提高反应速率。

结论：二氧化碳与氢氧化钠溶液混合后压强变小不仅仅是溶于水所造成的，还发生了化学反应。在通常情况下，氢氧化钠吸收二氧化碳的速率较慢，在振荡的情况下可以快速反应。因此做好矿泉水瓶中二氧化碳气体和氢氧化钠溶液反应的实验、二氧化碳气体和氢氧化钠溶液的喷泉实验，振荡是成功的关键。

2.3 二氧化碳气体与碳酸钠溶液反应的实验探究

在二氧化碳与氢氧化钠反应后的溶液中继续通入二氧化碳仍能发生化学反应。为了证明产物碳酸钠也能与二氧化碳反应，有些教师用饱和碳酸钠溶液和二氧化碳反应，试图使碳酸氢钠晶体析出，但实验难以成功，一般解释是二氧化碳气体中有酸雾，但洗尽酸雾后也难成功。通过本研究中的两个实验可以知道通常情况下水和氢氧化钠溶液对二氧化碳的吸收速率都很慢，更不用说饱和碳酸钠溶液了，因此难以析出碳酸氢钠晶体的关键原因也是反应速率慢。二氧化碳气体大部分没参与反应便从溶液中逸出，如要有晶体析出需生成较多的碳酸氢钠并达到饱和状态，因此很难在短时间内观察到有晶体的析出[7]。用传统的实验手段也很难观察到压强的变化，而通过压强传感器就能在短时间内验证这一反应的发生。

2.3.1 基于压强传感技术验证二氧化碳气体与饱和碳酸钠溶液的反应

实验步骤与二氧化碳在水中的溶解速率实验相同，仅将水换成20mL饱和碳酸钠溶液。

采集前两分钟数据，集气瓶内压强逐渐减小，一分钟后不断振荡集气瓶，曲线斜率增大，得到如图4所示的“压强-时间”曲线。

选取不同时段（0～60s、61～120s）数据分别做拟合图线方程（1、2）：P1=-0.03206t+102.5；P2=-0.3667t+123.3。计算得到ν1=8.03×10-4 mol/（L·min），ν2= 9.19×10-3 mol/（L·min），均大于相同条件下二氧化碳在水中的溶解速率9.06×10-5 mol/（L·min），说明二氧化碳在碳酸钠溶液中不仅仅是溶解，还发生了化学反应，振荡可以提高反应速率。

结论：利用压强传感技术可以在较短的时间内观察到二氧化碳与饱和碳酸钠反应的压强变化，证明二氧化碳确实能与碳酸钠发生化学反应。

3 小结

数字化信息实验最大的优势在于，化学反应虽然在短时间内完成了，但是学生在观察到现象的同时得到了观察不到的实验数据。通过对这些数据的分析可以解释很多传统实验无法解释的问题，做到用数据说话，扫除学生理解上的障碍，同时也提高了对数据、图像的分析能力。借助压强传感器的数字化实验，基本能够涵盖大部分中学化学及物理学科中所涉及到的气体的实验，如催化剂对化学反应速率的影响、影响化学反应速率的因素、气体摩尔体积的测定等。遗憾的是，由于选取传感器种类单一所限，部分中学化学实验尚不能用本装置完成。如今，传感技术在国内中学教育领域尚未普及，谨以此探索其应用的可能性与优势。

参考文献：

[1] Robert F. Tinker，Joseph S. Krajcik. Portable Technologies： Science Learning in Context [M]. New York： Kluwer Academic Plenum Publishers，2001.

[2]陆惠莲. DIS数字化系统在高中化学实验创新设计中的应用[J].中国现代教育装备，2013，（16）：18～21.

[3]姚子鹏主编.九年义务教育课本·化学（九年级）（第一学期）[M].上海：上海教育出版社，2007：117.

[4]郁学梅.实验室二氧化碳气体的收集及检测方法再研究[J].化学教学，2014，（7）：65～66.

[5]夏梅芳.基于数字化实验的化学探究实验教学案例[J].化学教学，2013，（3）：60～61.

[6]孙成林.用重量法测定大理石和盐酸反应速率的实验设计[J].化学教学，2013，（4）：58～59.

篇10：DNA电化学生物传感器总结

DNA电化学生物传感器

在生物学方面，随着分子生物学和基因工程领域的迅速发展，人们已经开始对核酸进行更深层次的研究。但是作为核酸研究的一个重要项目——核酸检测的手段却始终落后于其理论研究，而且目前存在的问题主要是核酸检测的操作繁琐，检测速度较慢。尤其是分子杂交检测技术，现已广泛应用于生物学、医学和环境科学等有关领域，但其实验过程一直是手工操作，费时费力。而传统的放射性同位素标记法对时间要求苛刻，安全性差，难以满足各方面的需要。基于这种缺陷下，DNA生物传感器发展成为一种用于检测分子杂交的新型传感器。通过使用DNA生物传感器，使得分子杂交检测在速度有了很大的提高。而在各种DNA生物传感器中目前发展较快的则是DNA电化学生物传感器，下面对这种新型传感器进行介绍。

DNA电化学生物传感器的原理

DNA电化学生物传感器是利用单链DNA(ssDNA)作为敏感元件，通过共价键合或化学吸附固定在固体电极表面，通过电极使ssDNA与目标DNA(靶基因)呈碱基序列互补，在适当的温度、离子强度、pH、缓冲溶液等杂交条件下，探针ssDNA与溶液中的靶基因发生特异性选择杂交，形成双链杂交DNA(dsDNA)，从而导致电极表面结构的变化，再通过加上的电化学标识元素，将所引起电信号(如电压、电流或电导)的变化体现出来的检测特定基因的装置。其具体工作原理见下图。

DNA电化学生物传感器的分类

根据电化学标识元素的不同，可以将DNA电化学生物传感器分为三类：

（1）具有电化学活性的杂交指示剂。该类标识元素可以与电机表面生成的dsDNA形成复合物，并生成其氧化—还原峰电位和峰电流，通过这种方法对DNA进行检测。

（2）在寡聚核苷酸上标记电化学活性的官能团。通过其与电极表面的靶基因选择性的进行杂交反应，生成用于测定的电信号，以此测定DNA。

（3）在DNA分子上标记酶作为识别元素。当标记了酶的ssDNA与电极表面的互补ssDNADNA电化学生物传感器

发生杂交反应后，由于酶具有很强的催化功能，通过测定反映生成物的变化量间接测定DNA。

DNA电化学生物传感器的制备

DNA电化学传感器一般以固体电极作基础电极，将DNA探针片段有效地与之结合，不脱落且保持活性，同时其结合量应满足灵敏度的需要。往往需要借助有效的物理或化学方法。

（1）吸附结合法

该方法是将碳糊电极放到含DNA探针分子的乙酸缓冲溶液中在一定电位下活化电极，然后在控制电位下吸附富集探针分子，最后用磷酸缓冲溶液淋洗后便可使用。其特点是简单、灵活，但稳定性不够。

（2）自组装膜法

即基于分子的自组作用，在固体表面自然形成高度有序的单分子层膜的方法。其特点是表面结构高度有序，稳定性好，有利于杂交；但对巯基化合物修饰的DNA的纯度要求较高，分离提纯操作较烦琐。