1、生物分析化學要點提綱第一章生物分析化學緒論1.生物分析化學主要研究內容（組成.含量.結構）生物分析化學的更研鄉 是 生物物質的化學組成（元素、離 子、官能團、或化合物測定生物物質的有關組分的含量、確定生 物物質的結構（化學結構、晶體結構、空間分布）手在形危（價態、 配位態、結晶態）及其與物質性質之間的關系等。2.原位（in situ 在體（in vivo 實時（real time）.在線（on line）in situ :在分析對象原來所處的位置發生的試驗in vivo :在活體內進行的實驗real time :事件發生過程中的分析（強調被分析物在發生變化）on line :在生產流水線（工藝

2、生產線）上的分析3.靈敏度.檢測限f收率.相關系數靈敏度是指某種方法對單位濃度或單位量待測物質的變化所引起的響應信號的變化程度，相當于濃度或質量校正曲線的斜率。檢測限指以適當的置信概率被檢出的組分的最小量或最小濃度。（xl=3sd/a , xl是檢測限、sd背景信號的標準差、a靈敏度），分為空白加標回收和樣品加標回收。【空白加標回收：在沒有被測物質的空白樣品基質中加入定量的標準物質，按樣品的處理步驟分析，得至啲結果與理論值的比值即為空白 加標回收率。樣品加標回收：相同的樣品取兩份，其中一份加入定量的待測成分標 準物質；兩份同時按相同的分析步驟分析，加標的一份所得的結果減 去未加標一份所得的結果

3、，其差值同加入標準物質的理論值之比即為 樣品加標回收率。加標回收率的測定，是實驗室內經常用以自控的一種質量控制技術.對于它的計算方法，給定了一個理論公式: 加標回收率二（加標試樣測定值-試樣測定值“加標量x100%】 相關系數是用來度量兩個變量之間的線性關系強度的統計量。第二章生物光譜分析法4. 光與物質的作用（反射.透射.散射.吸收.發射）反射：當光在兩種物質分界面上改變傳播方向又返回原來物質中的現透射：入射光經過折射穿過物體后的出射的光散射:入射光與試樣分子/粒子相互作用產生使分子/粒子向所有方向發射光的現象 吸收：當光通過固體、液體或氣體時，其中某些頻率的光將被物體中 的原子/分子吸收,

4、使原子/分子由較低的能級躍遷到激發態能級 發射：物質吸收能量后電子躍遷到激發態又回到基態輻射出能量5. 熒光和磷光產生的原理,兩者差異熒光產生原理:在紫外或可見光照射下，物質吸收能量使得電子從基態躍遷至單重激發態并以無輻射弛豫方式回到第一單重激發態的最 低振動能級,再躍回基態或基態中其他振動能級所發出的光。磷光產生原：在紫外或可見光照射下，物質吸收能量使得電子從基 態躍遷到三重激發態并以無輻射弛豫方式回到第一三重激發態的最 低振動能級,再躍回基態或基態中其他振動能級所發出的光。差異：發光機制的差異:熒光是單重態-單重態躍遷產生（s1-s0躍遷）; 磷光是三重態三重態躍遷產生（t1-t0躍遷x實

5、驗現象的差異:對熒光來說,當激發光停止照射時發光過程隨之消 失,而磷光將持續一段時間能量差異:磷光能量比熒光小，波長較長，發光時間也較長6. 熒光的激發光譜、發射光譜、stokes位移、熒光產率、熒光壽 命、弛豫、淬滅熒光的激發光譜：固定觀察的發射波長（通常選最大發射波長），記 錄不同激發波長激發熒光物質時候，熒光物質在該發射波長的熒光強 度，得到的激發波長與熒光強度的關系曲線稱為熒光的激發光譜。熒光的發射光譜：固定激發波長（通常選最大激發波長）,記錄熒光 物質的熒光波長與熒光強度，得到的發射波長與熒光強度的關系曲線 稱為發射光譜或熒光光譜。（與吸收光譜一樣,特點：stoke位移、 與激發波長

6、無關、和激發光譜鏡像對稱）stokes位移:在溶液的熒光光譜中,激發光與發射光之間存在一定 的能量損失，所觀察到的熒光的波長總是大于激發光的波長，稱為 stokes 位移。熒光產率：熒光的物質吸光后所發射的熒光的光子數與所吸收的激發 光的光子數之比。熒光壽命:當激發光切斷后熒光強度衰減至原強度的1/e所經歷的時 間。（也定義為熒光分子處在激發態的平均時間）弛豫：非平衡態逐漸恢復到平衡態的過程叫弛豫，這個時間叫弛豫時 間。（振動弛豫：相同電子能級高振動能級向相鄰低振動能級躍遷的 過程。）淬滅:在熒光過程中，光子產生的數量在很短的時間內衰減或者消失。 熒光分子與溶劑或其他分子相互作用，使熒光強度減

7、弱的現象稱為熒 光淬滅。7. 影響熒光強度的因素，如何影響，解釋原因內因：分子結構跖?類型：tvti*躍遷為強吸收,tl*f產生的熒光效率高,有助于發 射熒光。共轆結構:提高共覘度有利于增加熒光效率并產生紅移（共覘程度越 大，離域tt電子越容易激發，分子發光越容易產生）剛性平面結構:分子共面性越大，有效的tt電子離域性也越大，tt電子的共覘度越大,熒光的量子產率越大,紅移。共面性越大減少了 分子振動，減少了體系間跨越躍遷到三重態及碰撞去活化的可能性, 減少與溶劑相互作用】取代基影響:芳環上有供電子基團熒光增強（取代基上n電子激發到環上,n與n共覘接近躍遷），吸電子集團熒光減弱（取代基上n電子與

8、環不共覘，禁阻躍遷，摩爾吸光系數小x外因：發光分子所處的環境濃度:if=kc在稀溶液中熒光強度與熒光物質溶液濃度呈線性關系，這便是熒光定 量分析的基本關系式。濃溶液中存在淬滅現象和自吸收不符合上述的 關系式。溶劑效應一般效應:折射率和介電常數/極性（介電常數增加，產生紅移,熒光效率增強）特殊效應：溶劑分子和熒光體的化學作用如形成氫鍵或者配位作用對 熒光的影響（與金屬離子形成配位化合物增強了分子剛性導致熒光增 強；形成氫鍵熒光增強）溫度影響:熒光分子的量子產率通常隨著溫度的降低而增加?！緶囟壬?分子熱運動加大,相互碰撞的幾率增加,激發態電子難 以保持穩定,容易淬滅。內部能量轉化作用,當激發分子

9、接受了外加熱能后有可能使激發能轉 換為基態的振動能，隨后通過振動弛豫來損失能量 溫度增加，溶液介質黏度下降，增加了熒光分子和溶劑分子碰撞淬滅 的機會，從而導致量子產率的下降。 ph影響 含有酸堿基團的熒光分子受溶液ph影響比較大,ph影響熒光分子的價態和組成（如金屬配合物）8. 熒光強度與濃度的關系,熒光光譜儀的結構熒光弓雖度與濃度的關系:if=kc在稀溶液中熒光強度與熒光物質溶液濃度呈線性關系，這便是熒光定 量分析的基本關系式。濃溶液中存在淬滅現象和自吸收不符合上述的 關系式。熒光光譜儀的結構由光源、激發單色器、樣品池、發射單色器、檢測系統、顯示系統組成。9. 瑞利散射.拉曼散射.表面增強拉

10、曼散射,產生表面增強拉曼散 射的原因高頻率的單色激光束打在分子上產生一種以入射頻率向所有方向散 射的光，稱為瑞利散射。（完全彈性碰撞）瑞麗散射的同時，觀察到高于和低于入射頻率的散射光,稱為拉曼散 射。（非彈性碰撞）將試樣吸附在膠態金屬離子（如金、銀、銅）上或這些金屬的粗糙表面上，再按通常的方法得到表面增強拉曼光譜。產生表面增強拉曼光 譜的原因是 二金屬離子的電磁增強和金屬表面的化學增強。10. 熒光共振能量轉移fret f光誘導電子轉移,金屬增強熒光,上轉化熒光 熒光共振能量轉移fret :當供體熒光分子的發射光譜與受體熒光分子的吸收光譜重疊且兩個分子距離10nm范圍以內時就會發生一種 非放射

11、性的能量轉移。即fret現象使得供體熒光比它單獨存在時候 低得多（熒光淬滅）,而受體發射熒光大大增強（敏化熒光）光誘導電子轉移pet洸照射引起的一種分子間或分子內電子轉移的 現象。光照熒光分子探針時,由于電子從供體轉移到激發態熒光團, 探針不發射熒光或弱熒光,當供體結合了分析物后，光誘導的電子轉 移被抑制或阻斷，熒光團恢復發射熒光。金屬增強熒光mef :分布于粗糙金屬表面（金、銀等）或其溶膠附 近的熒光分子的熒光被大大增強的現象。【增強機制：表面等離子體和熒光分子附近局域電磁場的增強，提 高了分子的激發強度,增強了熒光強度上轉化熒光：發光中心相繼吸收兩個或多個能量較低的光子，躍遷 到激發態，再

12、由激發態躍遷到基態發射出一個能量相對較高的光子的 過程。聚集誘導發光：在聚集狀態下，分子內旋轉受限抑制了激發態的非輻 射衰變渠道從而使得熒光增強。11. 納米熒光材料（量子點、碳點）量子點：粒徑一般介于l-100nm ,又可稱為半導體納米微晶體,是 由數百到數干個原子組成的無機納米粒子，是一種由h-vi族或者 iii-v族元素組成的納米顆粒。目前硏究較多的主要是cdx（x = s、 se、te）o量子點由于其量子尺寸效應,粒徑不同或組成材料不同即 可發射不同顏色的熒光。碳點：是由分散的類球狀碳顆粒組成，尺寸極小（在10nm以下）,具有熒光性質的新型納米碳材料。毒性低，生物兼容性好，兼具傳統qd

13、s的熒光性質.熒光染料:吸收某一波長的光波后能發射出另一波長大于吸收光的光波的物質熒光探針:與生物大分子以共價鍵或其他形式結合形成發熒光的絡合 物或聚集體的_類物質”將分子間的相互作用轉化為可被檢測的信號 傳遞給外界 炭光金解蘢簇:金屬納米簇擁有較強的光發光特性，兼具良好的光 穩定性、較高的釋放速度和亞納米尺寸。第三章免疫分析法12. 抗原,半抗原，抗原決定族，抗體抗原是一類能刺激機體免疫系統發生免疫應答,并能與相應免疫應答產物（抗體或致敏淋巴細胞）在體內外發生特異性結合的物質。只具有抗原性而不具有免疫原性的物質成為半抗原?？乖瓫Q定簇是指抗原中決定抗原特異性的特殊化學結構/基團,又稱 表位。抗

14、體是由b細胞識別抗原后增殖分化為漿細胞所產生的_類能與相 應抗原特異性結合免疫球蛋白。13. 抗原抗體間結合力（靜電力范德華力.氫鍵.疏水作用）,親和力 靜電力：由于靜電作用出現的力，f正比于1/卩范德華力：由于分子極化作用而出現的力,f正比于i/氫鍵:最具特異怕,f正比于1/卩,約總結合力的50% ,占主要位置親和力：抗體分子上一個抗原結合點與對應的抗原決定簇之間相適應而存在的引力。親合力：抗體與抗原之間的結合力大小。14. 影響抗原抗體反應的因素抗原抗體自身因素 抗原/抗體：理化性狀、表位種類和數目、特異性、親和性、效價等 抗原抗體反應的整體強度決定于抗原抗體的親和力和結合價（單價抗 原不

15、出現沉淀反應）環境因素電解質：適量電解質的存在可中和抗原/抗體電荷，出現可見反應。常用0.85%的naci或緩沖液作為抗原抗體的稀釋液可促進可見反應 酸堿度:適宜ph值68 , ph接近等電點時易引起凝集反應（如細 菌-抗原）造成假陽性溫度:溫度升高,反應速度加快,一般適宜溫度1540°c ,最適溫度 37°c15. 標記免疫技術f種類1=標記免疫技術：用各種標記物檢查抗原抗體反應的技術。種類：酶免疫分析eia ;熒光免疫分析fia ,放射性免疫分析ria ,化學發光免疫分析cia ,電化學免疫分析eciao16eusa , elisa特點，舉例說明elisa分析的步驟，類

16、型（夾心法.間接法競爭法）f常見酶和底物系統 趙:elisa是酶免疫分析中的酶聯免疫吸附分析。以酶標記的抗體 /抗原作為主要試劑，利用抗原抗體反應的特異性和酶催反應信號放 大作用的一種免疫分析方法。犠點靈敏、特異、簡單、快速、穩定、利于自動化步驟:抗原/抗體被固定在固相載體表面固定；（固定）酶標記的抗體/抗原和待測樣品與載體表面的抗原/抗體發生反應，洗滌除去結合的抗體/抗原;（抗原抗體反應）加入底物,底物被酶催化生成有色產物，用光度分析法分析有色產物含量，并換算成待測樣品的量。（顯色反應）類型:夾心法：一抗-抗原-酶/熒光標二抗間接法：抗原一抗-酶/熒光標二抗競爭法：抗體（定量）-抗原/熒光標

17、記抗原競爭反應常見酶和底物:過氧化物酶pod ,催化供氫體和h2o2反應,生成被氧化的供氫體和h2oo常用底物：鄰苯二胺（opd ）、反應呈橙黃色，避光致癌；四甲基聯苯胺（tmb）,反應后藍色無須避光z不致癌但水溶性差堿性磷酸酶ap ,催化磷酸酯生成磷酸鹽和醇。常用底物:對硝基苯磷酸酯p-npp產物為黃色葡萄糖氧化酶god ,催化02和d葡萄糖反應,生成h2o2和d-葡糖酸-內酯乙酰膽堿酶ache，催化乙酰膽堿生成膽堿和乙酰酯熒光素酶eci,生物體內催化熒光素或脂肪醛氧化發光。主要分 為兩大類：螢火蟲熒光素酶fl和細菌熒光素酶bl0螢火蟲熒光素酶催化02氧化熒光素和atp反應產生黃綠色熒光。

18、細菌熒光素酶催化。2氧化長鏈脂肪醛和還原性黃素單核苜酸 fmnh2的反應。17. 生物素與（鏈）親合素，親和色譜生物素h biotin , b ）又稱維生素h、輔酶r ,是水溶性維生素。一 種在卵清蛋白中找至啲水溶性糖蛋白質，在寬廣ph和溫度范圍內是 穩定的。親和素:鏈霉親和素（sa ）是由鏈霉菌分泌的一種蛋白質，由4條 相同的肽鏈組成,其中每條肽鏈都能結合一個生物素，并且不帶任何 糖基,因此與親和素一樣，一個鏈霉親和素分子也能結合4個生物素 分子。bas是已知非共價結合中最強的結合。親和色濟:將具有特殊結構的親和分子制成固相吸附劑放置在層析柱 中，當要被分離的蛋白混合液通過層析柱時,與吸附劑

19、具有親和能力 的蛋白質就會被吸附而滯留在層析柱中。那些沒有親和力的蛋白質由 于不被吸附，直接流出，從而與被分離的蛋白質分開，然后選用適當 的洗脫液，改變結合條件將被結合的蛋白質洗脫下來。18. 化學發光f生物發光飴發探分子在進行化學反應時，吸收化學反應過程中產生的化學 能而受激躍遷至激發態，當激發態分子回到基態時，產生光輻射的現 象?；瘜W發光也發生在生命體（螢火蟲、海洋發光生物）中,這種發光叫 生物發光。19. 化學發光免疫分析f分析過程示意圖f舉例說明化學發光免疫分析:具有高靈敏度的化學發光測定技術與高特異性的免疫反應相結合，用于測定化學物質的檢測分析技術。步驟:同一般免疫分析法,只是標記物

20、時發生化學反應發光的一種物 質，可以是發光試劑或酶。例如口丫卩定酯標記的化學發光免疫分析法（雙 抗體夾心法l20. 電化學發光免疫分析f分析過程示意圖,舉例說明倉化舷履在一定電位激發下產生的化學發光過程，利用電化學發光的原理（本質是電化學反應產生了激發態或產生了隨后化學反應的中間體,隨后的化學反應產生了激發態）測定化學物質。21.免疫金,膠體金銀染色,舉一例說明膠體金標記免疫分析兔軽:與抗原/抗體結合的膠體金（可以通過靜電吸附和蛋白質結合）磁的染色是使已在抗原位置沉積的金顆粒發揮催化作用，促進銀離子被氫醍還原為銀原子，后者圍繞金顆粒形成一層銀殼（黑色）,利用膠體金和膠體銀的雙重標記抗體/抗原進

21、行染色的方法。（少量的紅色放大為大量的黑色）舉例斑點金免疫滲濾試驗原理：抗原或抗體包被在砂零甘維陰上（固相載體），硝酸纖維膜貼空于吸水材料上（滲 濾裝置）：依次滴加標本、免婆空應洗必液，因微孔濾膜貼強于吸水材料上故溶液流經滲濾 裝置時與膜上的抗原或抗體快速結合并起到濃縮作用，達到快速檢測目的（5 min左右完 成）。'毒x-zcx>z z-77斑點免疫展折試驗原理：以硝酸纖維膜為載體，滴加在膜條一端的液體利用微孔膜的毛細管作用慢慢向另端滲移，猶如層析一般。在移動過程中樣品中抗原/抗體與固定于載體膜上某一區域的抗 體/抗原結合而被固相化，無關物則越過該區域而被分離，然后滴加膠體金呈

22、色，通過條帶 呈色來檢測樣品中抗原/抗體。22. 時間分辨熒光分析原理,應用舉例原理:利用鐮系元素標記抗原或抗體，根據鐮系元素螯合物的發光特 點,用時間分辨技術測量熒光，同時檢測波長和時間兩個參數進行信 號分析,可有效排除非特異性熒光干擾。應瞬綁:解離增強鋪系元素熒光免疫分析，加入一種增強劑后eu3+ 從復合物上解離下來，自由eu3+同增強劑中的另一種螫合劑螯合形 成一種膠態分子團，這種分子團在紫外光的激發下能發出很強的熒 光，信號增強了百萬倍。（htsh促甲狀腺激素）時間分辨熒光免疫測定+護htsh molecule+詢eumabeiled nti-htsh iggiggenhancemen

23、t solution增強液增強信號的原頊 輕中的b二酮體、盞豐鷲備語鬻囂 分形成-理基eu廿從免疫復合物上解離后與卩-酮體誓口并進極麺啦sb' 激發后發礦1的熒光（增強近100萬倍）。第四章生物傳感器23. 生物傳感器定義，種類走戈:以生物物質（酶、核酸、抗原/抗體、細胞、生物組織）作為 識別元件，檢測或測量某種物理/化學性質的變化并將這種變化轉化 成可記錄、顯示的信號的自動裝置。分類按識別元件分類:酶傳感器、核酸傳感器、免疫傳感器（抗原、抗體）、細胞傳感器、細胞傳感器、組織傳感器、微生物傳感器、分子印跡傳感器等按換能器分類:電化學傳感器（電流型/電導型/電位型/場咖型）光化學傳感器（

24、光纖/熒光/表面等離子共振傳感器等）質量傳感器（石英晶體天平/聲表面波/微懸臂梁傳感器等）熱傳感器等（熱敏電阻）按其他（尺寸、功能等）分類:微傳感器、納米傳感器、葡萄糖傳感器24. 電化學生物傳感器原理f ph電極.酶電極 dna電極f免疫電極.光學/光纖生物傳感器 矽飴極曙：在電化學傳感器的電極（基礎電極）上固定生物物質 作為識別元件（生物電極）的一大類傳感器。生物電極通過與被測物 發生反應并產生與被測物濃度成比例關系的電信號來工作。免疫電極：elisa電極用來檢測血液hcg （人絨毛膜促性腺激素）, 是目前最早最準確測試是否懷孕的檢查。第一步：競爭結合,一定濃 度的抗體、一定濃度的過氧化氫

25、酶標記的抗原和待測抗原hcg ;第 二步：洗滌；第三步：加入h2o2 ,過氧化氫酶催化h2o2產生02 , 氧電極測。2和待測抗原濃度成反比,標記抗原和未標記競爭反應，檢測的信號越強說明待測抗原hcg越少。dna電極：把單鏈dna將雜交指示劑 （可選擇性地和 dsdna結合的 電活性物質）嵌 入再進行電化學 檢測。原理是將 dna互補鏈的雜交指示劑：可選擇性地與dsdna結合的電活性物質。雜交指示劑與ssdna和dsdna的結合能力有臺別.表現鉉4dna 修飾電板上的富集程良不同.其反應產生的電凍電不一棒。識別定在電極上實現。酶電極：電極敏感膜表面覆蓋有一層很薄的含酶凝膠或懸浮液的生物電極。葡

26、萄糖酶電極,基于葡萄糖+氧氣6嚴葡萄糖酸+過氧化氫的原理，氧氣的濃度隨反應而減小,用氧電極測定氧氣的濃度知道葡萄糖的量。尿餾扱基于 nh2conh2+h2o+ h+ t2 nh；+hccg的原理,可通過測定nh；或h+測定尿素,用錢離子選擇電極或者ph電極測 定nh：或h+。多巴胺傳感器（組織電極）由于分離酶的困難以及酶穩定性的限制,有時候直接用動植物的組織作為活性酶源，香蕉組織中富含多酚氧化 酶（ppo ）,可混入碳糊電極構成快速響應多巴胺的傳感器。ph電極:ph計上與被測物質接觸的部分反應,而后用來測電極電 位的裝置。酶促反應過程產生電活性物質是酸,則用ph電極（離子 選擇性電極） 光學/

27、光纖生物傳感器：入射光（探測光）通過光耦合器進入光導纖 維,經光導纖維傳送并作用于傳感器的傳感層,在傳感層中通過對被 測物質的分子識別和換能（即經光與試樣的相互作用后產生光譜信 號）再由光纖傳送到光學系統,進入光檢測器。葡萄糖酶光纖傳感器,這是一種競爭結合型生物光纖。光纖末端套上 中空纖維濾膜，受體蛋白（刀豆球蛋白cona ）被固定在中空纖維的 內壁上,葡萄糖能和cona特異性結合,結構類似物葡聚物也能和 cona結合，異硫氧酸熒光素標記的葡聚糖（fitc-dextran cona 結合被限制在纖維濾膜中，當有葡萄糖時候，發生競爭反應， fitc-dextran被游離出來進入光路產生熒光,熒光

28、強度和葡萄糖濃 度成正比。被游離出來的fitc-dextran越多說明葡萄糖越多。光纖酶傳感器.以酶分子作為分子識別元件，與光纖相結合形成的_種傳感器。基本原理就是將酶促反應中物質變化量轉變成光學變化量 進行輸出,從而對被測物質含量進行檢測。25. （逆）壓電效應,常見壓電材料,壓電效應的應用壓電效應：晶體受外界機械力作用,在其表面產生電荷的現象 逆壓電效應：晶體受到電場作用時候可產生正比于電場強度的機械形 變 常見壓電材料:壓電晶體i非導體或半導體組成的單晶體，無對稱中 心，如a石英（sio2 ）、b石英、鉅酸鋰等）、壓電陶瓷i主要是誥鈦 礦高分子壓電材料i聚氯乙烯、聚氟乙烯等半導體壓電材料

29、i金 屬氧化物半導體zno、zns、cds等） 應用：石英晶體微天平傳感器qcm26. 石英晶體微天平傳感器的傳感原理原理：利用石英晶體體聲波測量微小質量變化。在交變電場激勵下,壓電晶體通過逆電壓效應產生機械振動。將晶體置于一個振蕩電路當 交變電場頻率等于壓電晶體固有的振動頻率時候，壓電晶體產生機械 共振。共振時候機械共振波（聲波）的振幅最大。壓電晶體本身的性質和接觸的環境決定了振動波的頻率、振幅,而利 用壓電晶體震動的波頻率和振幅變化可進行生物/化學傳感分析。當電極表面質量變化頻率隨之改變,遵循頻率質量關系式。27. sauerbrey公式f舉例說明石英晶體微天平傳感器的應用頻率質量公式:a

30、f=-2.3*lo-6fo2m/a=-kmfo :石英晶體的基頻mhzf:石英晶體頻率改變量；:電極上物質質量的改變量g ; a :工作電極的面積cm2sauerbrey公式表明頻率隨著質量增加而減小。應用：表面吸附層的測定對相關頻率和時間畫圖可以觀察到抗體與抗原吸附的全過程表面相互作用：生物分子（蛋b質、維生素、抗體、dna等多聚物、聚合電解質、粒子、細胞相互作用表面反應：蛋白質,dna ,聚合物，細胞等的構象改變；蛋白質,多聚物等的交聯；多聚物等的水合作用28. 表面等離子體共振，表面等離子體共振傳感器原理、應用，漸逝波/隱失波 表面等離子體共振:等離子體是指電離或半電離的氣體，其電子顯得

31、 半游離態，好似電子氣體。當被施加外電場時，表面等離子體的電子 氣隨著電場震蕩（電子云相對于原子核做震動當電場震蕩頻率和 等離子體震蕩頻率相同時,就會產生共振,形成表面等離子體共振。spr傳感器原理：當一束單色偏振光從高折射率光密介質射到低折 射率的光疏介質,將發生全反射，如果頻率恰當，所產生的漸逝波與 金屬表面等離子體能量耦合/產生表面離子共振。即一b分單色偏振 光因產生漸逝波而被金屬表面等離子體吸收產生共振使反射強度劇 烈下降和相位發生變化，產生spr吸收峰。當表面上分子數/種類變化，表層折射率變化，表面等離子波的強度 與表面折射率有關,再共振時候光入射角度變化（或者角度不變,改 變光波長

32、）表面等離子體共振傳感器的應用：可以無標記實時分析分子間相互作 用的方法。研究分子間相互作用：包括特異性、反應動力學、親和性、 濃度等。比如藥物研發中，朕第瀕是看藥物分子與受體能不能結合，反應動力學就是看藥物分子與受體結合或離解的速度有多快，親和性 就是看結合力有多強,滋覷看結合量有多少。在基礎生命科學、藥 物硏發、生物制劑質量控制、食品安全等范圍得到廣泛應用。漸逝波/隱失波：發生全反射時候，光線不進入光疏介質，實際上由 于波動效應，有一部分光會滲透到光疏介質中,平行于界面傳播，這 部分光稱為漸逝波/隱失波。漸逝波的強度在光疏介質中隨遠離界面 的距離z以指數關系衰弱。29. 分子印跡.分子信標

33、分子切跡喘（j備對某一目標分子具有特異選擇劑的聚合物/固定基質,又名人工鎖。分坯標能報告均相溶液中靶核酸存在的寡核昔酸探針。由發夾結構的寡核苜酸組成，中間一段堿基與靶dna互補，兩端的堿基互相1=1互補且分別帶有熒光集團和淬滅基團,二者靠在一起不發光，探針與 靶dna結合后熒光集團和淬滅基團被分開而發熒光。30. 生物芯片定義.分類，dna芯片的分析原理,了解生物芯片的應用（舉例）走戈:通過物理/化學方法將生物分子+w蠟酸抗體、抗原等）固定在基底上（硅片、玻璃片、塑料片、凝膠、尼龍 膜等+形成的生物分子點陣陣列今進行大批量、高通量的檢測技分類.分析生物芯片:基因芯片、蛋白質芯片、細胞芯片、組織

34、芯片等芯片實驗室。dna芯片的分析原理：堿基配對和序列互補原理,寡核苜酸鏈與基 片的結合能力強，制作芯片時候先用讓寡核昔酸和基片結合應用：基因表達分析，基因突變檢測（snp分析），遺傳性/傳染性疾病檢測分析，藥物篩選（耐藥性）,雜交測序（sbh ）等31. 壓阻效應.零點溫度補償靈敏度溫度漂移.微懸臂梁表面應力生物傳感器的基本組成及生物分析中的應用 應變效應：金屬導體的電阻值隨著所受機械形變大小而發生相應變 化。壓阻效應:當固體材料在某一方向承受應力時，其電阻率（或電阻） 發生變化的現象。零點溫度漂移：對于已裝好的應變片在一定溫度下且不受機械應變時 候，指示應變隨溫度變化而變化。這種現象是由于

35、四個擴散電阻的阻 值及其溫度系數不一致造成的。靈敏度溫度漂移：壓阻系數隨溫度變化引起靈敏度溫度漂移。溫度升 高時，壓阻系數變??；溫度降低時，壓阻系數變大，說明傳感器的靈 敏度系數為負值。表面應力傳感器:將生物分子結合能轉換成電信號、光信號、機械信微懸臂梁表面應力生物傳感器的基本組成及生物分析中的應用:組成:微流控制層:主要用來進行分析物高精確度的定量加載和快速、方便 的清洗;選擇層:主要用來與分析物進行結合,進而產生相應的結合能。不同 的生物活性單元、分子自組裝層或其他聚合體可作為選擇層敏感材 料；傳滅身:將分析物與選擇層之間產生的結合能轉化為光信號或電信號 并輸入到與之匹配的信號處理系統。應

36、用用于dna雜交和抗原抗體結合檢測的微懸臂梁生物傳感器32. 電容式傳感器的基本原理與分類基于電極電容式生物傳感器的基本結構.薄膜電容式表面應力生物傳感器的結構及工作原理電容式傳感器的基本原理與分類: 原理:被測量通過電容傳感器引起電容改變經過轉化電路將待測信號 轉化為電量變化。c 二 £ a/s【£ 兩極板間介質的介電常數；&兩極板間的距離；a-兩極板的正 對面積。】 分類：變極距型；變面積型（平面位移變面積型、角位移變面積型、 圓筒線位移變面積型）；變介質型基于電極電容式生物傳感器的基本結 構：基于電極的電容式生物傳感器一般采參比電極冊合分析物i電解貞圖1電容式

37、生物傳感器結構示意圖圖2金電極衣面蛋白質的hm化示意圖用金屬電極/識別層/電解質結構?？?電容就由下面幾個部分組成:自組裝 單膜電容/蛋白層電容、溶液離子空間 形成的電容?？傠娙莸拇笮≈饕Q 于其中最小的電容，因此其他的電容 量需盡可能大，這樣總電容的改變主 要取決于蛋白層電容的改變。薄膜電容式表面應力生物傳感器的結構及工作原理: 的：傳感單元由電極au、pdms微薄膜、空氣腔及底電極組成。au薄層可在醇溶液中形成具有特異性結合的aus鍵固定探針分子，因此被用于覆蓋在pdms微薄膜上制作電容傳感器的上電極；si具有優良的介電性能，作為基底材料。原湮:當傳感器上電極的探針分子與目標物發生生物化

38、學反應時，分 子間作用力將導致薄膜表面應力改變，使au-pdms應變膜發生形 變，引起兩電極間距產生變化（圖中m ,從而使輸出電容改變，進 而通過測量電容變化量可檢測目標樣本的濃度。ad=d-d233. 正壓電效應.逆壓電效應.壓電傳感器的測量電路.聲表面波壓電生物傳感器的基本結構與工作原理 壓電效應：晶體受外界機械力作用，在其表面產生電荷的現象 逆壓電效應：晶體受到電場作用時候可產生正比于電場強度的機械形壓電傳感器的測量電路:高輸入阻抗的範置婦謬壓電式傳感器的前置放大器有兩個作用：1把傳感器的高輸出阻抗換成低阻抗輸出；2放大傳感器輸出的弱信號 前置放大器也有兩種形式:電壓放大器:其輸岀電壓與

39、輸入電壓（傳感器的輸出電壓）成正比電荷放大器:其輸出電壓與輸入電荷成正比。聲表面波壓電生物傳感器的基本結構與工作原理：不同于saw氣體傳感器，生物傳感器的檢測對象為液體介質。瑞利 型的saw模式由于傳播波的縱向分量在液體環境中受到抑制導致很 大的衰減而不適于生物傳感器應用。因此一些在液體環境下沒有耦合 聲波能量衰減的剪切波模式波廣泛應用于生物傳感器之中，love波 模式傳感器表現出卓越的靈敏度性能。基本結構與原理：典型生物傳感器由love波延遲線f波導層,載體 金膜以及敏感層構成。由于敏感膜材料對待測物的吸附效應所產生的 質量負載引起聲波速度、衰減的變化，通過評價love延遲線的頻率、 衰減或

40、者相位變化來評價待測物濃度。34. 熱電效應.熱電阻效應.熱電式生物傳感器的工作原理.量熱式生物傳感器的系統組成 熱電效應：（溫差電現象或塞貝克效應）兩種不同的導體或半導體接 成一閉合回路，由于兩接點的溫度不同在回路中就產生了熱電勢，這 種現象叫熱電現象.熱電勢由兩部分組成:接觸電勢（兩種導體的接觸熱電勢,由于不同金屬間的電子濃度不同，造成的電子擴散：從高濃度金屬向低濃度金 屬擴散，直到兩者達到動態平衡為止）和溫差電勢（均質導體兩端溫 度不相等時,由于體內自由電子從高溫端向低溫端的擴散，在其兩端 形成的電勢稱為溫差電勢）熱電阻效應:幾乎所有物質的電阻率都隨其本身溫度變化而變化,這一物理現象稱為

41、熱電阻效應熱電式生物傳感器的工作原理:把反應的熱效應借熱電元件轉換為阻值等電學量的變化，后者通過有放大器的電橋輸入到記錄儀中。量熱式生物傳感器的系統組成: 個是進行選擇性檢測的分子識別元件，另_個是對反應過程中產生 的熱量進行轉換的溫度轉換元件（熱電器件1具體包括:蠕動泵、 進樣閥、量熱計（熱敏電阻、熱電堆等i酶反應柱、熱交換器、惠 斯通電橋等?；驹?利用生化反應最基本的性質,即熱量的吸收與釋放。通過 熱敏電阻或熱電堆等熱電器件,將溫度變化轉化為電信號的變化從而 實現檢測。35. 光電效應.光電式傳感器的基本組成和類型.光電化學生物傳感器基本結構組成及功能 光電效應：光照射在某些物質上時，

42、物質的電子吸收光子的能量而發 生電效應現象,如導電率變化、釋放電子和產生電動勢等。釋放的電 子叫光電子”能產生光效應的物質叫光電材料。分為外光電效應和內 光電效應。光電式傳感器的基本組成和類型: 基本組成:;把光電器件輸出電信號;轉換成電路的可用信號;ii類型：透射式、反射式、輻射式、開關式等 光電化學生物傳感器基本結構組成及功能 基本及功能：功能結構上分為光電轉換單元和傳感識別單元兩部分, 其中前者主要在于選擇具有優良光電化學活性和穩定性的光電活性 物種來構建光電轉換層，后者主要在于通過不同的傳感策略來實現對 目標物的檢測。第五章顯微鏡分析法36. 點擴散函數,衍射極限,空間分辨率點擴散函數

43、:也稱點擴展函數,對光學系統來講，輸入物為一點光源 時其輸出像的光場分布 衍射極限：人眼0.1mm z光學顯微鏡0.2um #電子顯微鏡0.2nm空間分辨率：用顯微鏡可以分辨出來的兩個同等亮度的點光源之間的最小距離，光的衍射特性所決定的。=0.61=0.61na37. 透射電鏡原理f掃描電鏡原理tem透射電鏡原理:采用熱陰極電子槍獲得電子束作為光源然后被聚光鏡匯聚成有一定直徑的束斑照射到樣品上。具有一定能量電子束 與樣品發生作用產生反應樣品微區厚度、平均原子序數、晶體結構、 位相差別多種信息。sem掃描電鏡原理:以電子束作為照明源，把聚焦很細的電子束轟 擊樣品表面,通過電子與樣品的相互作用產生

44、的二次電子、背散射電 子等對樣品表面或斷口形貌進行分析觀察，光柵掃描、逐點成像。3& 掃描探針顯微鏡概念原理（掃描隧道顯微鏡原子力顯微鏡）掃描探針顯微鏡:利用微小探針在樣品表面掃描,通過檢測和控制探 針與樣品間相互作用物理量（隧道電流、原子間力、摩擦力、磁力等） 來對樣品微小區域表面進行形貌檢測和物性分析。通過感觸來檢測樣 品表面性質并不用物鏡成像是與其他顯微鏡主要區別。掃描隧道顯微鏡:探針與樣品被作為兩個電極,在外加電場的作用下, 電子會穿過兩個電極的勢壘流向另一電極產生隧道電流，隧道電流強 度和距離有依賴關系,根據隧道電流變化即可獲得樣品表面微/高低 起伏變化信息。原子力顯微鏡:將

45、探針裝在彈性微懸臂的一端，另一端 描，由于探針與表面存在極微弱作用力（10-8-10n ,原子相互作 用力-排斥力和吸引力）使微懸臂發生形變。39. 光學顯微鏡技術:寬場顯微鏡,激光共聚焦熒光顯微f多光子熒光顯微鏡寬場顯微鏡：透過樣品或從樣品反射回來的可見光,通過一個或多個 透鏡后，能夠得到微小樣品的放大圖像。所得圖像可以通過目鏡直接 用眼睛觀察，也可以用感光板或數字化圖像探測器如ccd、cmos 進行記錄，還可以在計算機上進行顯示和分析處理。所謂寬場成像顯 微鏡，就是指普通顯微鏡。所謂寬場成像就是面成像，所謂面成 像就是一個時間點獲得整個二維圖像，這是與明顯區別于掃描成像顯 微鏡的。激光共聚

46、焦熒光顯微鏡:激光束經過照明針孔，由分光鏡（主要是二 向色鏡，反射激發光透射輻射光）反射至物鏡并聚焦于樣品上,對樣 本焦平面的每一點進行掃描，得到樣品不同層面連續二維光切圖像， 經過軟件疊合重構三維立體圖。共聚焦原理：利用放在光源前照明針孔和放在檢測器前的檢測針孔實 現點照明和點探測。來自光源的光通過照明針孔發射的光聚焦在樣品 焦平面某點上，該點發射的熒光成像在探測針孔上,該點以外任何發 射光均被阻擋。照明針孑占探測針孔對被照點共覘,因此被照射點即 共焦點。多光子熒光顯微鏡：采用波長較長的紅外激光飛秒激光器，能量脈沖 式激發,多個光子被激發。紅外光比可見光在生物組織穿透力更強, 可解決深層層析

47、問題。40. 相干反斯托克斯拉曼散射顯微成像,受激拉曼散射顯微成像 相干反斯托克斯拉曼散射顯微成像:基于兩作用光束的差頻與樣品拉 曼散射頻移相共振的四波混頻效應。三束入射光波中，兩束入射光差頻和樣品拉曼躍遷產生共振，從而使三次非線性電極化率共振增強，并產生第四束向高頻方向移動的相干 波信號，頻移值正好等于介質rs頻移值。wi固定頻率w2可調頻率w1- w2=aw （介質內某一拉曼散射頻移值） w和w3相互作用產生相干波信號w4二w3+ w第四束波空間方向:k4=k3± （ ki-k2）受激拉曼散射顯微成像:強激光的光電場與原子中電子激發、分子中 振動或晶體中晶種耦合產生的，有很強的受

48、激特性（方向性強、散射強度高）,光子數優勢增大,產生光子雪崩受激放大41. 超分辨顯微鏡技術:單分子定位超分辨技術，受激發射損耗熒光顯微技術,結構光顯微技術單分子定位超分辨技術：又名光激活定位熒光顯微鏡,依靠開關單個 熒光分子，原先一個極限大小的光束會讓照射區域數十個熒光分子均 發光,單分子定位顯微鏡實現了一次照射只讓一個發光，精確定位， 拍照再使其變暗讓另外一個發光再定位,不斷重復直到定位了所有的 熒光分子，最后合成一幅圖，讓原本在極限光斑內不被分辨的熒光分 子實現分辨。受激發射損耗熒光顯微技術：通過兩束照射在同一個地方給點擴展函 數"減肥",獲得更小點擴展函數。使用兩束

49、相同圓心的激光，一束 圓形一束圓環形同時照射同一區域，圓形激光激發熒光,圓環形激光 抑制熒光發光，形成一個比衍射極限更小的點，逐點掃描圖像形成超 分辨圖。結構光顯微技術單分子光學成像技術：基于常規光學顯微鏡，通過對 其照明方式進行改進，以特定結構光成像，從而實現突破衍射極限獲 得高分辨樣品信息,進而由傅里葉變換獲得樣品顯微圖像。結構光:通過形成摩爾紋來使得在常規照明方式下一些無法分辨的高 分辨信息得以實現。實際在照明路中插入一個空間光調制器，照明光 受其調制后經物鏡投射到樣品上，最終熒光信息被ccd接受后傅里葉變換得到圖像。分辨率是普通顯微鏡的2倍。42. 光學顯微成像技術在生物分析中的應用人

50、們將用標本染色、暗場、相襯、熒光、干涉、偏光等觀察技術，使得光學顯微鏡已能適應形形色色標本的研究，雖然近年來電子顯微 鏡，超聲顯微鏡等放大成像儀器先后問世，在某些方面具有優勢的性 能，但在廉價、方便、直觀、特別是適合生物活體的研究等方面仍無 法與光學顯微鏡匹敵,光學顯微鏡仍然牢固地占據著自己的陣地。另一方面，與激光、計算機、新材料技術、信息技術相結合，數碼顯 微鏡、激光共焦掃描顯微鏡、近場掃描顯微鏡、雙光子顯微鏡及具有 各種新的功能或能適應各種新的環境條件的儀器層出不窮，更加擴大 了光學顯微鏡的應用領域。由于近場光學顯微鏡能克服傳統光學顯微鏡低分辨率以及掃描電子 顯微鏡和掃描隧道顯微鏡對生物樣

51、品產生損傷等缺點,因此得到了越 來越廣泛的應用,特別是在生物醫學以及納米材料和微電子學等領域。高分辨率光學成像由于近場光學顯微鏡對所觀察的生物樣品無損傷 等優點，因此被廣泛應用于生物樣品的觀察,成為探索生物大分子活 動奧秘的光學手段,給生物學家們帶來強有力的實驗武器。利用近場 光學顯微鏡，已在生物學硏究所涉及的許多領域展開了工作,不僅有 靜態的形貌像的觀察硏究,如細胞的有絲分裂，染色體的分辨與局域 熒光，原位dna , rna的測序，基因識別等，還有利用觀察形貌 像隨時間變化的動力學過程的研究。名詞解釋：2）點擴散函數：點擴散函數（point spread function）,對光學系統來講，

52、輸入物為一點光 源時其輸出像的光場分布，稱為點擴散函數。顯微鏡的點擴散函數是圓孔夫瑯禾費衍射的結 果，決定了光學系統具有衍射極限和光學系統的最大分辨能力。2）顯微鏡分辨率：用顯微鏡可以分辨出來的兩個同等亮度的點光源之間的最小距離，光的 衍射特性所決定的。圓孔夫瑯禾費衍射極限公式：0.61 幾 0.61/1 ' '77 sin a nax,y平面的顯微鏡分辨率由上式決定，幾為光源波長，為物方折射率，q為物鏡孔徑半角。na = /?sin a為物鏡數值孔徑。由式子可以知道提高光學顯微鏡的分辨率的能力可以采用短 波長的光源，高數值孔徑物鏡，采用油浸物鏡提高物方折射率。3）掃描電鏡中的

53、二次電子：二次電子是指在入射電子書作用下，被轟擊出來并離開樣品的 樣品核外電子。二次電子的能量較低，一般不超過50ev°二次電于一般都是在表層5-10 nm度范圍內發射出來的，它對樣品的表面形貌十分敏感，能非常有效的顯示樣品的表面形蔬。它的產額與原子序數z沒有明顯的關系，不能進行原于成分分析探測二次電子的掃描電子顯微鏡（sem）具有更高的空間分辨率，二次電子的分辨率也被稱 作束斑直徑。4）掃描電鏡中的背散射電子：背散射電子是固體樣品中原子核“反射”冋來的一部分入射 電子，分彈性散射電于和非彈性散射電子。背散射電子的產牛深度100 nm-lgm,隨若信號的有效作用深度增加，作用區的范國

54、增加，信號產生的空間范圍也增加，這對于信號的空間分辨率是不利的。背散射電于的產額隨原子序數z的增加而增加，iws利用背散射電于作為成像信5）電于波：根據德布羅意（jfebsgl膽）的觀點，運動的電子除了具有粒于性外，還具有波 動性。這一點上和可見光相似。電于波的波長取決于電于運動的速度和質量，即mv式中，h為普郎克常數：h=6.626x10-34j.s； m為電子質量；v為電子運動速度，它和加速電 壓u之間存在如下關系-mv2 = eu ,電子速度22 - h _ 1 .225式中e為電子所帶電荷，e=1.6x1019co將兩式整理得：=emu w根據衍射極限公式，電鏡的加速電壓不斷提高，電子

55、波的波長就降低，可得到更高分辨率。6）雙光于顯微鏡：一般指的是雙光于熒光顯微鏡，在高光子密度的情況下，熒光分子可以 同時吸收個長波長的光于，在經過一個很短的所謂激發態壽命的時間后，發射出一個波長較 短的光子，其效果和使用一個波長為長波長一半的光子去激發熒光分子是相同的。雙光子熒 光是非線性光學效應，應用的激光光源為脈沖激光器，只有在焦點位置才能有很強的雙光子 熒光信號。探測雙光子熒光信號，用發光點對樣品進行三維掃描，重構岀目標分子三維分布 的顯微圖像。優點：三維成像，高生物組織穿透，無背景干擾等。另外，與雙光于熒光類似， 探測二次諧波產生信號進行點掃描也被稱作雙光子顯微鏡，它具有表界面靈敬和非

56、對稱性的 晶體結構靈敏。7）共聚焦熒光顯微鏡：傳統的光學顯微鏡使用的是場光源，樣本上每一點的圖像都會受到 鄰近點的衍射或散射光的干擾；激光掃描共聚焦顯微鏡利用在探測器件前引入針孔，探測針 孔相對于物鏡焦平面是共覘的，焦平面上的點同在針孔處成像，焦平面以外的點不會在探測 針孔處成像大部分的光不會通過小孔，這樣得到的共聚焦圖像是標本的光學橫斷面，克服了 普通顯微鏡圖像模糊的缺點。這樣應用激光聚焦點對標本內焦平面的每一點掃描，標本上的 被照射點，在探測針孔處成像，由探測針孔后的光電探測器件，逐點或逐線接收，重構出熒 光分子的分布顯微圖像，即為激光共聚焦熒光顯微圖像。問答題：1. 比較寬場熒光顯微鏡,共聚焦熒光顯微鏡，成像特點和系統組成。孫場顯微緒：通常采用從物鏡岀射的平行光或非聚焦光照明樣品,并利用面探測器（ccd、cmos等）探測記錄圖像，這樣單次曝光便可獲得整個視場范圍內樣品的顯微圖像，因此成像速度主要取決于探測光信號的強度和探測器的快門速度，通常可以很快。姝憨逬顯微繚：傳統的光學顯微鏡使用的是場光源，樣本上 每一點的圖像都會受到鄰近點的衍射或散射光的干擾;激光掃描