Giới thiệu chung về Biosensor

Đồ án: Tổng quan tài liệu về Biosensor
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BIOSENSOR
1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA BIOSENSOR
Năm 1956, giáo sư Leland Clark Jnr – người khai sinh về khái niệm điện cực
sinh học (Biosensor) đã có công bố về điện cực Oxy. Dựa trên kinh nghiệm và tâm
huyết của mình, ông đã phát triển lónh vực phân tích giúp có thể đo lường được trong
cơ thể.
Năm 1962, tại Hội nghò Khoa học ở Viện hàn lâm New York, ông đã có bài
diễn thuyết: “Làm thế nào để các điện cực điện hóa (phương pháp pH, cực phổ, phép
đo điện thế, phép đo độ dẫn điện) thông minh hơn”. Trong đó, ông trình bày cách làm
điện cực điện hóa thông minh hơn bằng cách thêm enzym vào máy chuyển đổi như
những chiếc bánh sandwich được bao bọc bởi một lớp màng.
Năm 1975, ý tưởng của Clark trở thành hiện thực với sự công bố của công ty
Yellow Springs Instrument (Ohio) về máy phân tích glucose dựa trên việc đo dòng
điện của hydro peroxide. Đây là lần đầu tiên các phòng thí nghiệm trên thế giới phân
tích dựa trên một Biosensor. Cũng vào năm này, Biosensor tiến thêm một bước mới là
khi Divis đề xuất rằng vi khuẩn có thể được dùng như một yếu tố sinh học trong điện
cực vi khuẩn để đo hàm lượng rượu.
Năm 1976, La Roche (Thụy Só) giới thiệu máy phân tích Lactat (Lactate
Analyser – LA640) trong đó sử dụng tác nhân trung gian hexacyanoferrat hòa tan để
chuyển các electron từ lactatdehydrogenase tới một điện cực. Mặc dù không thành
công trên thương trường nhưng là bước đột phá quan trọng cho một thế hệ của
Biosensor được ứng dụng trong thể thao và chẩn đoán lâm sàng.
Năm 1987, điện cực enzym screen-printed được công bố bởi Medisense
(Cambridge, USA) với dụng cụ đo có kích thước như một chiếc bút cho phép giám sát
lượng glucose trong máu tại nhà. Điện cực này được thiết kế lại làm cho thông dụng
hơn và số lượng bán của Medisense đã đạt tới 175 triệu đôla năm 1996 khi họ được
Abbort mua lại. Hiện nay Hãng Boehringer, Manheim và Bayer đang cạnh tranh nhau
rất gay gắt về Biosensor và lượng bán ra của ba công ty chiếm ưu thế trên thò trường
Biosensor của thế giới tới 85%.

1
Đồ án: Tổng quan tài liệu về Biosensor
1.2. KHÁI NIỆM VỀ BIOSENSOR
Biosensor thực chất là một thiết bò phân tích chuyển một tín hiệu sinh học thành
một tín hiệu điện. Đầu tiên, Biosensor sẽ nhận dạng hiện tượng và biên dòch thành
một đặc tính có thể đònh lượng được, sau đó đặc tính đònh lượng này được chuyển đổi
thành một tín hiệu điện bởi một bộ biến năng. Trong Biosensor, hiện tượng được nhận
dạng bởi một hệ thống sinh học gọi là cơ quan thụ cảm sinh học (bioreceptor). Hệ
thống này sẽ tiếp xúc trực tiếp với mẫu phân tích gây ra phản ứng và tạo thành hợp
chất nhạy cảm cho Biosensor. Cơ quan thụ cảm sinh học có đặc tính chọn lọc đặc biệt
đối với chất phân tích.
Hình 1.1. Sơ đồ cấu tạo của biosensor
Chú thích: Chất xúc tác sinh học (a) chuyển cơ chất (S) thành sản phẩm (P). Bộ biến năng (b)
chuyển sản phẩm phản ứng thành tín hiệu điện. Bộ khuếch đại (c) nhằm khuếch đại tín hiệu
điện của bộ biến năng. Bộ vi xử lý tín hiệu (d). Màn hình hiển thò (e).
1.3. ĐẶC ĐIỂM – YÊU CẦU CỦA BIOSENSOR
Để đònh lượng, Biosensor phải đáp ứng yêu cầu liên quan đến đo lường: khả năng
lặp lại, khả năng tái sử dụng cao, tính chọn lọc, tính nhạy cảm, vùng trả lời tuyến tính
và thời gian đáp ứng tín hiệu tốt.
• Các phép đo có độ lặp lại tốt nếu như hai loạt kết quả thu được tương tự nhau
được thực hiện bởi cùng người phân tích, sử dụng cùng biosensor trong cùng
một mẫu phân tích.
• Phương pháp đo có khả năng tái sử dụng cao nếu các kết quả trước có thể đạt
được khi tiến hành phân tích lặp lại lần hai.
2
Đồ án: Tổng quan tài liệu về Biosensor
• Tính chọn lọc của biosensor thể hiện ở khả năng nhận ra một hợp chất đơn
trong hỗn hợp các cấu tử của mẫu, khả năng này phụ thuộc vào cơ quan thụ
cảm sinh học và bộ biến năng. Một biosensor có tính chọn lọc cao nếu như
thành phần tạp chất của mẫu thấp.

• Tính nhạy cảm của biosensor thể hiện ở sự thay đổi về lượng thì sẽ gây ra sự
thay đổi về tín hiệu trả lời:
∆a = s ∆m
Trong đó ∆a : Độ dao động về biên độ của dòng ra
∆m : Độ dao động về biên độ của dòng vào
s : Độ nhạy cảm của biosensor, đặc trưng cho mức độ phù hợp của
biosensor trong một ứng dụng cụ thể.
Đối với Biosensor đo bằng điện thế thì biên độ của tín hiệu trả lời tỷ lệ thuận
với logarite của nồng độ chất phân tích. Theo đònh luật Nernst: ∆a = s ∆(logc).
• Vùng tín hiệu tuyến tính thu được là một đường cong hiệu chỉnh của tín
hiệu trả lời với nồng độ khác nhau của chất phân tích. Đường cong chỉ thật sự
có ý nghóa nếu tiến hành hiệu chỉnh cả hai loạt nồng độ tăng và giảm. Đường
cong hiệu chỉnh gọi là tốt nếu như tín hiệu trả lời ổn đònh theo thời gian.
• Thời gian đáp ứng khá dài bởi bản chất của đường cong hiệu chỉnh, nó
cho biết một phương pháp đo cho tín hiệu trả lời nhanh hay chậm khi thay đổi
nồng độ.
1.4. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BIOSENSOR
Các chất cần phân tích trong mẫu phân tích sẽ đi vào trong điện cực. Màng
ngoài (external membrane) của biosensor sẽ cho các chất cần phân tích thấm qua. Các
thành phần sinh học (enzym, tế bào vi sinh vật, mô, cơ quan) sẽ phản ứng với chất cần
phân tích và tạo ra các đáp ứng mà các bộ biến năng (transducer) có thể phát hiện
được. Các thành phần sinh học ở đây thực hiện các hoạt động sau:
• Biến đổi các chất cần phân tích thành các chất hóa học khác thông qua các
phản ứng sinh hóa (biểu diễn bằng vòng tròn rỗng trong sơ đồ).
• Giải phóng ra các sản phẩm hóa học rồi từ đây tạo ra các tác nhân kích thích.
3
Đồ án: Tổng quan tài liệu về Biosensor
• Thay đổi các đặc tính như quang học, điện học, cơ học.
• Tạo ra một số các đáp ứng khác nhau với lượng có thể đo được.
Còn có một số màng khác gần bộ phận transducer, những màng này có thể có các

đặc tính thấm khác nhau so với màng bên ngoài. Tín hiệu ra của điện cực thường
phụ thuộc vào loại biến năng mà nó sử dụng.
Hình 1.2: Nguyên lý hoạt động chung của một Biosensor:
- Chất cần phân tích
- Tác nhân kích thích (chất tạo ra tín hiệu)
Bảng 1.1: Một số điện cực enzym thường sử dụng
Điện cực để xác đònh Enzym Sản phẩm
Glucose Glucooxydase và catalase H
2
O
2
, O
2
Saccarose Invertase, glucooxydase H
2
O
2
Lactose β-galactosidase, glucooxydase H
2
O
2
Rượu Alcoloxydase H
2
O
2
Ure Urease NH
4
+
, CO
2

Pennicillin Pennicillinase H
+
4
Đồ án: Tổng quan tài liệu về Biosensor
CHƯƠNG 2
PHÂN LOẠI BIOSENSOR
1.1. ĐIỆN CỰC ĐIỆN HÓA (Electrochemical biosensor)
2.1.1. Điện cực đo điện thế (potentiometric biosensor)
Điện cực đo điện thế hoạt động dựa trên nguyên tắc xác đònh sự khác nhau về
điện thế giữa điện cực đo (probe electrode) và điện cực so sánh (reference electrode)
(là điện cực có điện thế không đổi). Sự khác nhau về điện thế giữa hai điện cực là
hàm của hoạt độ các ion trong dung dòch điện phân nơ đặt điện cực (điều kiện hoạt
động của điện cực đo điện thế là không có dòng điện trong mạch đo, vì thế người ta
gọi nó là điện cực có dòng điện bằng không). Điện thế này được xác đònh theo phương
trình Nerst:
2
1
0
ln
α
α
×+=
nF
RT
EE
Trong đó: E
o
: Điện thế oxy hóa-khử tiêu chuẩn;
R: Hằng số khí;
T: Nhiệt độ tuyệt đối;

F: hằng số Faraday;
N: số điện tử trao đổi của cơ chất;
α
1
, α
2
: Hoạt độ trong dung dòch và trong lớp màng điện cực.
• Điện cực đo (probe electrode):
Điện cực đo là điện cực có tham gia phản ứng điện hóa với một trong các cấu tử
của cân bằng điện thế. Điện cực đo phải có thế điện cực được thiết lập đủ nhanh
và có độ chính xác cao. Trong điện cực điện hóa, điện cực đo thường dùng là điện
cực màng và điện cực khí.
 Điện cực khí :
5
Đồ án: Tổng quan tài liệu về Biosensor
Điện cực được cấu tạo bởi kim loại trơ như Pt, Au…tiếp xúc đồng thời với khí và
dung dòch chứa ion tương ứng với khí này. Trên thò trường đã có điện cực khí hydro,
điện cực Oxy, điện cực khí clo được sử dụng rộng rãi.
 Điện cực màng chọn lọc ion :
Điện cực màng chọn lọc thông thường là các bán pin có lớp màng phân cách dung
dòch cần phân tích với một dung dòch chuẩn ở bên trong. Nguyên tắc hoạt động của
điện cực màng là dựa vào sự xuất hiện của một đại lượng điện thế trên bề mặt của
màng phân cách chứ không phải do phản ứng điện hóa kèm theo sự vận chuyển ion.
Màng có tác dụng thuận nghòch với một ion hay một nhóm ion trong dung dòch một
cách chọn lọc. Điện cực thủy tinh là điện cực điển hình của loại điện cực màng này.
Tất cả các loại điện cực màng đều phải đáp ứng các yêu cầu bắt buộc sau đây:
1. Màng phải không được tan trong dung dòch cần phân tích. Để đáp
ứng được điều này, màng phải được cấu tạo từ những chất có phân tử lượng lớn
như thủy tinh silicate hoặc nhựa polymer.
2. Màng chọn lọc phải có độ dẫn điện. Độ dẫn điện này thường được

tạo ra nhờ vào sự dòch chuyển của các ion hóa trò một bên trong màng.
3. Màng hoặc một vài phần tử chứa trong bộ khung của màng phải có
khả năng tác dụng chọn lọc với ion cần khảo sát theo nguyên tắc: trao đổi ion, kết
tinh hay tạo phức. Hai nguyên tắc đầu phổ biến hơn nguyên tắc thứ ba.
 Điện cực màng thủy tinh:
Đây là loại điện cực màng thông dụng nhất. Điện cực gồm một ống thủy tinh, ở
đầu của ống là một bầu tròn cấu tạo bằng thủy tinh mỏng (0.06-0.10mm). Đây chính
là lớp màng thủy tinh có thành phần xác đònh và có khả năng trao đổi chọn lọc với
proton và các cation khác.
Điện cực màng thủy tinh đo pH: Phổ biến nhất là thủy tinh chứa 22%Na
2
O,
6%CaO và 72%SiO
2
có khả năng trao đổi chọn lọc ion H
+
đến pH xấp xỉ 9. Ở pH cao
hơn, lớp màng thủy tinh trở nên kém chọn lọc với H
+
vì có thể trao đổi với Na
+
cũng
như các cation hóa trò I khác. Ngày nay người ta đã sử dụng loại thủy tinh trong đo Na
+
và Ca
2+
được thay thế bởi Li
+
và Ba
2+

có khả năng xác đònh chọn lọc H
+
ở pH cao hơn.
Phần cuối của điện cực là một bầu thủy tinh có thành mỏng và có thành phần đặc biệt.
Bên trong bầu thủy tinh chứa dung dòch H
+
có nồng độ xác đònh. Nhúng vào dung dòch
6
Đồ án: Tổng quan tài liệu về Biosensor
H
+
là dây dẫn Pt hay kim loại Ag phủ AgCl. Toàn bộ bộ phận trên được đặt trong ống
bảo vệ.
Khi nhúng điện cực thủy tinh vào dung dòch chứa ion H
+
, ở hai bề mặt của màng thủy
tinh tiếp xúc với H
+
có phản ứng trao đổi:
H
+
dd
+ Na
+
dd
H
+
tt
+
Na

+
dd
nghóa là ở hai mặt của lớp thủy tinh sẽ tạo ra hai lớp “gel” H
2
SiO
3
(dày 10
-4
-10
-5
mm)
do sự hiện điện của H
+
trong thủy tinh. Vì có hiện tượng trao đổi ion xảy ra ở hai mặt
của màng thủy tinh nên mỗi lớp gel sẽ xuất hiện một điện thế có giá trò phụ thuộc vào
hoạt độ của H
+
trong dung dòch và hoạt độ của H
+
trong lớp gel. Hay nói cách khác,
hiệu thế màng E qua lớp thủy tinh sẽ phụ thuộc vào hoạt độ của H
+
bên trong bầu, của
H
+
ở ngoài bầu và hoạt độ H
+
ở trong hai lớp gel. Với giả sử rằng hiện tượng trao đổi
ion xảy ra ở hai mặt thủy tinh gần giống nhau và do cố đònh hoạt độ H
+

ở trong bầu
thủy tinh nên hiệu thế màng E chỉ phụ thuộc vào hoạt độ của H
+
trong dung dòch cần
khảo sát.
Bằng việc thay thế thành phần của thủy tinh sao cho điện thế màng không phụ thuộc
vào giá trò pH, thường sử dụng Al
2
O
3
và B
2
O
3
ta có thể tạo ra các điện cực màng thủy
tinh dùng xác đònh các cation hóa trò I như Na
+
, K
+
, NH
4
+
…
 Đầu dò khí:
Đầu dò khí là các thiết bò đo có tính chọn lọc và độ nhạy cao dùng để xác đònh các
khí hòa tan hoặc các ion có thể chuyển thành khí hòa tan khi điều chỉnh pH của môi
trường. Bộ phận chính của đầu dò khí là một lớp màng xốp mỏng được lắp vào phần
cuối của đầu dò và có thể được thay thế một cách dễ dàng. Tấm màng này được gọi là
màng thấm khí, được chế tạo từ các polymer chòu nước như polytetrafluoroethylene
hoặc polypropylene với độ xốp khoảng 70% (kích thước lỗ xốp nhỏ hơn 1µm). Lớp

màng này sẽ phân tách dung dòch cần phân tích với dung dòch NaHCO
3
và NaCl (nếu
thiết bò dùng để đo CO
2
hòa tan).
• Điện cực chuẩn:
Trong hầu hết các ứng dụng điện hóa, ngoài điện cực đo ta phải sử dụng thêm một
điện cực có điện thế xác đònh và không đổi. Điện cực này được gọi là điện cực chuẩn
hay điện cực so sánh. Điện cực chuẩn phải không tham gia phản ứng với bất kỳ thành
phần nào trong dung dòch cần khảo sát, phải thuận nghòch và tuân theo phương trình
Nerst, phải có điện thế không đổi theo thời gian và có thể lấy lại giá trò thế ban đầu
7
Đồ án: Tổng quan tài liệu về Biosensor
sau khi có dòng điện nhỏ chạy qua… Điện cực chuẩn thường là điện cực kim loại loại
hai (kim loại M phủ một lớp hợp chất ít tan MA của kim loại đó và được nhúng vào
trong dung dòch muối có chứa anion A
-
có nồng độ xác đònh).
 Điện cực calomel :
Điện cực calomel được tạo thành bởi kim loại Hg tiếp xúc với dung dòch chứa muối
Hg
2
Cl
2
bão hòa và KCl có nồng độ xác đònh (bão hòa hay 1M).
 Điện cực Ag/AgCl:
Ngày nay điện cực Ag/AgCl được sử dụng rộng rãi để làm điện cực chuẩn thay cho
điện cực calomel. Nồng độ dung dòch KCl sử dụng là bão hòa hay 3.5M
Các điện cực chuẩn thường có một lỗ nhỏ ở gần đầu phía trên. Lỗ này thường có một

nút đậy kín khi không sử dụng để chống lại sự bay hơi của dung dòch phía trong.
Hình 2.1: Cấu tạo của một biosensor đo điện thế đơn giản
8
Đồ án: Tổng quan tài liệu về Biosensor
Chú thích:
a) Màng bán thấm
b) Thành phần sinh học
c) Màng thủy tinh
d) Điện cực thủy tinh đo pH
e) Điện thế giữa điện cực đo và điện
cực so sánh
g) Dung dòch HCl
f) Điện cực đo Ag/AgCl
h) Điện cực so sánh
Ứng dụng: Điện cực đo điện thế được dùng để xác đònh glucose với sự cố đònh enzym
glucooxydase lên điện cực:
D-glucose
Glucooxydase
D-gluconat + H
+
Đo lượng H
+
tạo thành (đo pH sau khi giải phóng H
+
) sẽ xác đònh hàm lượng D
-glucose.
Xác đònh Ure với sự có mặt của enzym Urease:
NH
2
CONH

2
+
H
2
O
pH=9
2NH
3
+ + H
+
NH
2
CONH
2
+ H
2
O + 2H
+
urease
2NH
4
+
+ CO
2
HCO
3
-
Hình 2.2: Cấu tạo điện cực pCO
2
9

Chú thích:
c – Cáp bảo vệ
e – Dung dòch điện phân
m – màng kỵ nước
r – điện cực so sánh
Đồ án: Tổng quan tài liệu về Biosensor
Xác đònh lysin:
lysin
lysindecarbocylase
cadalverin +
CO
2
2.1.2. Điện cực đo dòng điện (Amperometric biosensor)
Điện cực đo dòng điện hoạt động dựa vào dòng điện chạy qua mạch đo khi đặt
một hiệu điện thế giữa hai điện cực (điện cực đo và điện cực so sánh). Mật độ của các
hạt tích điện tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện chạy giữa hai điện cực.
Cường độ dòng điện chạy giữa hai điện cực là hàm của mật độ các hạt tích điện
trong dung dòch và điện thế đặt giữa hai điện cực. Trong đa số trường hợp, người ta
thường tiến hành oxy hóa hoặc khử một loại hạt tích điện trên cực đo.
Nếu đặt vào điện cực đo một điện thế E biến thiên so với điện cực so sánh và vẽ
đường cong I = f(E), chiều cao I của bậc giới hạn khuếch tán sẽ tỷ lệ với nồng độ của
hạt bò oxy hóa hoặc bò khử trên điện cực đo.
Hình 2.3: Đồ thò I = f(E)
Chú thích: 1- E quá nhỏ để sự oxy hóa có thể xảy ra
2- vận tốc oxy hóa điện hóa và cường độ dòng điện sẽ tăng cường với sự
tăng hiệu điện thế
3- cường độ không phụ thuộc vào hiệu điện thế và I = K.C
red
Hiện nay các điện cực đo dòng điện đang được sử dụng rộng rãi là điện cực oxy
và điện cực hydroperoxyde. Oxy và hydroperoxyde (H

2
O
2
) đều là những chất được
sinh ra trong một số phản ứng có enzym xúc tác, cũng như trong phản ứng có các chất
trung gian oxy hóa-khử nhân tạo: ferrocyanua, ion N-metyl-phenazini (NMP) và
benzoqiunon và chúng có thể xác đònh nhờ đo dòng điện.
Các điện cực đo dòng điện thường sử dụng các enzym oxydoreductase để gắn
vào màng. Oxy, NAD
+
, NADP
+
được dùng như chất nhận điện tử để phục hồi enzym
sau khi tham gia phản ứng xúc tác cơ chất. Các enzym sử dụng Oxy như oxydase và
10
Đồ án: Tổng quan tài liệu về Biosensor
enzym sử dụng NAD
+
, NADP
+
được gọi là dehydrogenase hay reductase. Trong hai
nhóm enzym này thì oxydase được dùng nhiều nhất. Các điện cực đo dòng điện được
sử dụng để xác đònh các cơ chất của enzym như glucose, monosacharide, hypoxanthyl,
lactate, acid amin, sulfite, salicylate, oxalate và pyruvate.
Điện cực enzym để đo nồng độ glucose có cấu tạo gồm: một anod Pt và một
catod Ag phủ AgCl tiếp xúc với màng đã cố đònh glucoseoxydase (GOD). Cả hai đều
được đặt trong dung dòch điện phân KCL. Điện áp phân cực 0.68 Volt được đặt vào
giữa hai điện cực. Dưới tác động của điện áp phân cực này H
2
O

2
được giải phóng ra sẽ
bò oxy hóa ở mặt phân cách giữa anod và màng theo phản ứng:
Glucose
GOD
Acid gluconic + H
2
O
2
H
2
O
2
O
2
+ 2H
+
+ 2e
-
+ O
2
Dòng điện đo được tỷ lệ với lượng H
2
O
2
bò oxy hóa và do đó tỷ lệ với lượng glucose
trong môi trường cần đo.
Hình 2.4: Sơ đồ nguyên tắc của điện cực đo dòng điện
Cũng như đo glucose, để đo lượng lactate, dùng điện cực có gắn lactatoxydase
(LOD) từ Pediscoccuspecies xúc tác phản ứng:

Lactate
+
O
2
lactatoxydase
pyruvat
+ H
2
O
2
Để đo lượng cholesterol thì gắn enzym cholesteroloxydase (ChOD) từ
Rhodococcus eryththropolis, xúc tác phản ứng:
Cholesterol
+ O
2
ChOD
Chlest-4-ene-3-one + H
2
O
2
11
Đồ án: Tổng quan tài liệu về Biosensor
Để đo lượng lactose thì gắn enzym β-galactosidase (β-GAL) từ E.coli và
glucoozydase (GOD) từ A.niger, xúc tác các phản ứng:
lactose +
H
2
O
β-GAL
β-D-glucose

+
D-galactose
β-D-glucose
+
O
2
+
H
2
O
GOD
acid gluconic
+
H
2
O
2
Do quá trình chuyển khối H
2
O
2
đến điện cực anod mà vận tốc phản ứng ở anod
thường bò giới hạn. Khi đó, cường độ dòng điện ở anod tỷ lệ thuận với nồng độ H
2
O
2
trong môi trường tiếp xúc với anod.
Cũng có thể xác đònh lượng glucose qua đo nồng độ Oxy hòa tan trong dung
dòch nhờ điện cực Oxy hay điện cực Clark, có cấu tạo gồm: hai điện cực có khả năng
phân cực, một catod bằng Pt và một anod bằng Ag phủ AgCl. Cả hai điện cực được đặt

vào chất điện phân là KCl. Hệ thống điện cực này được ngăn cách với môi trường
nghiên cứu bằng một màng thấm khí kỵ nước bằng teflon hay polypropylen) cho Oxy
thấm qua. Dưới tác dụng của điện áp phân cực 0.65V đặt vào giữa hai điện cực, Oxy
khuếch tán qua màng sẽ bò khử tại catod theo phản ứng:
O
2
+ 4e
-
+ 4H
+
2H
2
O
Hình 2.5: Cấu tạo của điện cực Oxy xác đònh nồng độ Glucose
Dòng điện chạy giữa hai điện cực do phản ứng điện hóa tỷ lệ với lượng O
2
bò khử và
do đó tỷ lệ với lượng O
2
và lượng glucose. Dòng điện được đo sau khi khuếch đại và
được chỉ thò trực tiếp bằng số hoặc biểu diễn dưới dạng nồng độ Oxy hay áp suất riêng
phần của Oxy.
12
Đồ án: Tổng quan tài liệu về Biosensor
Phương pháp đo dòng điện này có những đặc điểm sau:
• Phản ứng Enzym sẽ phụ thuộc vào vận tốc khuếch tán của cơ chất qua
màng
• Khi phản ứng oxy hóa – khử xảy ra, gradient nồng độ của cơ chất giảm
dần, do đó vận tốc chuyển khối chậm và có thể dòng điện bò khử, để duy trì
dòng điện không đổi cần phải giữ vững vùng tiếp xúc càng nhỏ càng tốt (tức là

cần điều chế các vi điện cực có đường kính rất nhỏ, đến vài µm).
• Vận tốc phản ứng oxy hóa – khử phụ thuộc vào nồng độ Oxy hòa tan. Để
hạn chế ảnh hưởng của nồng độ Oxy hòa tan trong dung dòch đến kết quả phân
tích thì người ta không sử dụng oxy làm chất nhận điện tử mà sử dụng các chất
trung gian để vận chuyển điện tử đến bề mặt điện cực. Các chất vận chuyển
điện tử trung gian có thể là ion Fe
3+
, N-methylphenazinium (NMP) hoặc
tetracyanoquinodimethane (TCNQ), hexacyanoferate.
2.2. ĐIỆN CỰC ĐO NHIỆT (Calorimetric biosensor)
Các phản ứng giữa cơ chất và chất xúc tác sinh học thường giải phóng ra nhiệt
năng và người ta có thể đo lượng nhiệt giải phóng ra đó bằng một thiết bò đ nhiệt (điện
cực đo nhiệt), từ đó sẽ tính được lượng cơ chất ban đầu. Khi nhiệt lượng tỏa ra càng
lớn thì độ nhạy phát hiện càng lớn. Do đó để tăng nhiệt lượng tỏa ra, có thể cố đònh
đồng thời 2 hoặc 3 enzym (cũng có thể lên tới 4-5 enzym).
Bảng 2.1: Enthanpi của một số phản ứng có enzym xúc tác:
Cơ chất Enzym xúc tác
-∆H, kJ/mol
H
2
O
2
Catalase
100.4
Cholesterol Cholesterol oxydase
52.9
Glucose Glucooxydase
80.0
Glucose Hexokinase
27.6

Ure Urease
6.6
Uric acide Uricase
49.1
Ester Chymotrypsin
4-16
13
Đồ án: Tổng quan tài liệu về Biosensor
Pennicilin G Pennicillinase
67
Tinh bột Amylase
8
Saccharose Invertase
20
Sử dụng đồng thời enzym glucooxydase oxy hóa đường glucose và enzym
catalase để oxy hóa peroxide. Hai phản ứng này xảy ra cùng một lúc do đó lượng
nhiệt tỏa ra nhiều hơn.
Glucose
GOD
Acid gluconic + H
2
O
2
H
2
O
2
O
2
+ 2H

+
+ 2e
-
+ O
2
catalase
Qua nghiên cứu ta thấy cứ 0.1µM cơ chất chuyển hóa hoàn toàn thành sản phẩm sẽ
tạo ra 100 kJ/mol. Các thiết bò này phải luôn được đặt trong hệ thống cách nhiệt để
giữ môi trường ổn đònh nhiệt độ.
2.2.1. Điện cực enzym – cặp nhiệt
Trong loại điện cực này, bộ biến năng là cặp nhiệt điện. Trên căp nhiệt, người ta
phủ một lớp màng chứa enzym. Cặp nhiệt có cấu tạo gồm hai dây dẫn nối với nhau
nhờ mối hàn. Sức điện động E của mạch phụ thuộc vào bản chất của dây dẫn và vào
nhiệt độ T
1
, T
2
. Thông thường nhiệt độ của một mối hàn được giữ ở giá trò không đổi
và biết trước, gọi là nhiệt độ chuẩn T
1
= T
ref
. Nhiệt độ của mối hàn thứ hai khi đặt
trong môi trường nghiên cứu sẽ nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ của môi trường gây
ra do phản ứng xúc tác bởi enzym.
Ưu điểm: Kích thước cặp nhiệt nhỏ nên có thể đo nhiệt độ ở từng thời điểm của
đối tượng cần nghiên cứu và tăng vận tốc hồi đáp tín hiệu (do nhiệt dung nhỏ). Trên
cơ sở này, Bataillard đã đưa ra cải tiến là sử dụng một cặp nhiệt bán dẫn (intergrated
silicon) để đònh lượng glucose, ure và penicillin. Do tính chất của cặp nhiệt và lớp tiếp
xúc enzym-cặp nhiệt có tính truyền nhiệt cao cho phép không phải kiểm soát chặt chẽ

nhiệt độ của môi trường xung quanh, do đó có thể thu nhỏ kích thước của thiết bò để
có thể cấy vào dưới da đo trực tiếp nồng độ các chất trong máu.
14
Đồ án: Tổng quan tài liệu về Biosensor
Hình 2.6: Sơ đồ điện cực enzym-cặp nhiệt
2.2.2. Điện cực enzym- nhiệt điện trở:
Loại điện cực này còn có thể gọi là điện cực áo nhiệt vì buồng đo nhiệt hoàn
toàn bò cô lập với môi trường xung quanh nhờ lớp áo nhiệt, quá trình này gần giống
với quá trình đoạn nhiệt. Loại thiết bò này có cấu tạo đơn giản và được sử dụng rộng
rãi nhất.
Hình 2.7: Sơ đồ điện cực enzym – nhiệt điện trở.
Chú thích: a- Ống mao dẫn
b- lớp vỏ áo nhiệt
c- Thiết bò trao đổi nhiệt
d- lớp cách nhiệt
e- nhiệt điện trở so sánh
f- cột enzym (1mL)
g- nhiệt điện trở đo
h- ống mao dẫn
i- Nguồn điện
15
Đồ án: Tổng quan tài liệu về Biosensor
Cơ chất được đi vào thiết bò trao đổi nhiệt rồi qua cột enzym để phản ứng với
enzym và giải phóng ra nhiệt, nhiệt độ giải phóng ra sẽ được đo bởi nhiệt điện trở so
sánh. Kết quả đo được sau đó đi ra qua bộ xử lý để thu nhận tín hiệu.
Mối quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ được xác đònh theo phương trình:
Hay:
Trong đó R
1
: điện trở của nhiệt điện trở so sánh, R

2
: điện trở của nhiệt điện trở đo, T
1
:
nhiệt độ của mẫu sau khi qua bộ phận gia nhiệt, T
2
: nhiệt độ của mẫu sau khi qua cột
enzym, B: Hằng số nhiệt độ của nhiệt điện trở.
Khi sự thay đổi nhiệt độ rất nhỏ, B(1/T
1
-1/T
2
) nhỏ hơn 1 thì khi đó e
B(1/T1-1/T2)
~ 1 +
B(1/T
1
-1/T
2
) và do đó ta có:
Khi T
1
~T
2
thì biểu thức trên trở thành:
Độ giảm tương đối điện trở (∆R/R) của nhiệt điện trở thì tỷ lệ thuận với độ tăng nhiệt
độ ∆T. Hằng số tỷ lệ (-B/T
1
2
) là -4%

o
C
-1
. Do đó dựa vào sự thay đổi nhiệt độ mà có
thể xác đònh được chất cần phân tích.
Ngoài cách chế tạo cột vật liệu sinh học như trên, người ta còn có thể bao bên ngoài
nhiệt điện trở một lớp vỏ silicon và đặt màng cố đònh enzym ở trên, nhờ đó thu nhỏ
được kích thước thiết bò.
16
Đồ án: Tổng quan tài liệu về Biosensor
Hình 2.8: Điện cực Enzym-nhiệt điện trở có vỏ bọc silicon
Cũng có thể tích hợp nhiều nhiệt điện trở tạo ra điện cực nhiệt đònh lượng đồng
thời nhiều chất. Các nghiên cứu về loại điện cực nhiệt độ cho thấy ngoài những ứng
dụng trong các lónh vực y tế, môi trường, thực phẩm, chúng còn có thể có những ứng
dụng đặc hiệu như:
- Xác đònh các hằng số K
i
, K
m
, V
m
của enzym cố đònh (Stefuca, 1990)
- Đònh lượng ADP, ATP bằng cách sử dụng puruvatkinase và hexokinase đồng
thời cố đònh trên aminopropyl CPG (Kirstein, 1989).
2.3. ĐIỆN CỰC ĐO QUANG (Optical Biosensor)
Điện cực đo quang được chế tạo dựa vào các tính chất vật lý của ánh sáng để
phát hiện ra sự biến đổi nhỏ trong mẫu phân tích.
Nguyên tắc hoạt động: Dung dòch phân tích được tiếp xúc với màng và khi phản
ứng enzym xảy ra thì sẽ có hiện tượng ánh sáng bò hấp thụ hoặc phát ra ánh sáng màu.
Người ta có thể xác đònh được hàm lượng các chất của mẫu phân tích thông qua việc

đo độ hấp thụ ánh sáng hoặc sự phát quang ánh sáng của các chất tạo thành do phản
ứng xúc tác bởi enzym.
Cơ sở của kiểu điện cực quang là sự kết hợp các sợi dẫn ánh sáng với phép trắc phổ
quang, phép trắc huỳnh quang, hoặc phép đo phản xạ quang. Nó có khả năng chỉ báo
những thay đổi của các thông số quang học, chẳng hạn như sự hấp thụ ánh sáng,
chiều dài bước sóng hoặc chỉ số phản xạ trong môi trường đo bao quanh sợo dẫn.
Những thiết bò này gắn vào hoặc là sợi đơn hoặc là chùm sợi kép để ánh sáng tới và
chùm tia sáng được đo.
17
Đồ án: Tổng quan tài liệu về Biosensor
2.3.1. Điện cực đo phản xạ quang:
Điện cực này hoạt động theo nguyên tắc: năng suất phản xạ từ mặt phản xạ tuân theo
phương trình:
,%
0
0
I
I
RR
×=
Trong đó R- năng suất phản xạ, R
0
-hằng số phản xạ của môi trường chuẩn, I-cường độ
của tia tới, I
o
- cường độ của tia phản xạ.
Mối quan hệ giữa R với nồng độ chất hấp thụ màu theo phương trình:
( )
R
RK

C
2
1
2
−
=×
ε
Trong đó C-nồng độ chất hấp thụ, K-hằng số hấp thụ,
ε−
hằng số tán sắc
Kỹ thuật này được dùng để đònh lượng glucose trong máu nhờ thuốc hiện màu MBTH
(3-methyl-2-benzotiazolinon) và DMAB (3-dimethyl-aminobenzoic acid). Hai enzym
Glucooxydase (GOD) và peroxydase được cố đònh bằng cách hấp thụ lên bề mặt tấm
nền đã phủ thuốc nhuộm. Khi mẫu phân tích tiếp xúc với tấm nền thì phản ứng xảy ra
như sau:
Glucose
m
ẫu
+ O
2
GOD
Acid Gluconic
+
H
2
O
2
+
+
MTBH

DMAB
MTBH-DMAB (màu xanh)
peroxydase
H
2
O
2
nếu H
2
O
2
có nồng độ cao thì phải dùng enzym catalase. Mẫu phân tích sau đó được
đem đo năng suất phản xạ ở bước sóng thích hợp và từ đó sẽ tính được hàm lượng
glucose.
Với Biosensor dựa trên nền tảng của sự phản xạ toàn phần (total internal reflection –
TIR) thì bề mặt dây dẫn được phủ kháng thể, sẽ tiếp xúc với mẫu phân tích. Khi sóng
ánh sáng đi đến lớp màng nhạy thì chỉ có một phần nhỏ sóng ánh sáng bò hấp thụ vào
trong môi trường, còn tất cả chúng bò phản xạ lại nhiều lần và dần dần nguồn sáng bò
suy giảm. Dựa vào lượng ánh sáng phản xạ, ta có thể tính được hàm lượng mẫu phân
tích.
18
Đồ án: Tổng quan tài liệu về Biosensor
Hình 2.9: Biosensor dựa trên hiện tượng phản xạ toàn phần
2.3.2. Điện cực đo phát quang :
Nguyên tắc hoạt động: Cơ chất tác dụng với enzym cố đònh để tạo thành sản
phẩm có khả năng phát ra ánh sáng màu. Đo ánh sáng màu đó ở một bước sóng nhất
đònh sẽ suy ra được nồng độ cơ chất.
Dựa vào đặc tính này, người ta thường sử dụng nó để xác đònh các vi khuẩn trong thực
phẩm. Khi các vi khuẩn tác dụng đặc hiệu với ATP và D-luciferin dưới tác dụng của
enzym luciferase sẽ tạo thành oxyluciferin, AMP. Pyrophosphate, CO

2
và ánh sáng
vàng đo được ở bước sóng 562nm. Từ đó xác đònh lượng vi khuẩn có mặt trong thực
phẩm.
2.4. ĐIỆN CỰC ĐIỆN ÁP (Piezoelectric biosensor):
Nguyên lý của loại điện cực này dựa vào sự dao động của các tinh thể. Các
chất điện môi tự nhiên như thạch anh, tuamalin, hoặc nhân tạo như liti sulfat, thạch
anh tổng hợp…dao động khi chòu tác động của từ trường. Tần số dao động của tinh thể
phụ thuộc vào độ dày và sự biến dạng của tinh thể, mỗi tinh thể có một tần số dao
động đặc trưng. Tần số dao động này thay đổi theo sự hấp thụ hay nhả hấp thụ từ bề
mặt tinh thể, thông thường nó sẽ tăng khi có tạp chất hấp thu lên trên bề mặt của tinh
thể. Đo tần số dao động sẽ biết được nồng độ của cơ chất cần đo.
Tần số dao động được tính theo công thức:
19
Đồ án: Tổng quan tài liệu về Biosensor
trong đó: ∆f: Chênh lệch tần số dao động (Hz), ∆m: chênh lệch khối lượng của chất
hấp thu (g), K: hằng số đặc trưng cho sự dao động của tinh thể, phụ thuộc vào bề dày
và độ nứt của tinh thể, A: diện tích bề mặt hấp thu (cm
2
).
Điện cực điện áp được dùng để đo amoniac, methane, lưu huỳnh dioxit và cơ chất
phosphate hữu cơ. Ta có thể dùng nó để xác đònh nồng độ formaldehyde nhờ
formaldehyde dehydrogenase hay xác đònh dư lượng thuốc trừ sâu vô cơ phospho vốn
kìm hãm enzym xholinesterase.
Ưu điểm: Cho thời gian đáp ứng nhanh, nhỏ gọn và rẻ tiền
Nhược điểm: Không dùng phân tích mẫu dạng lỏng, dễ bò hư hỏng do độ ẩm không
khí.
Hình 2.10: Sơ đồ cấu tạo của điện cực điện áp
2.5. ĐIỆN CỰC MIỄN DỊCH (Immunobiosensor):
Điện cực miễn dòch hoạt động dựa trên tính chất kháng nguyên – kháng thể.

Tức là các kháng thể phản ứng đặc hiệu với các kháng nguyên sinh ra nó.
Mỗi kháng thể là một protein hình chữ Y, gồm 4 chuỗi polypeptide, trong đó có hai
chuỗi nặng và hai chuỗi nhẹ liên kết với nhau bởi các cầu disulfite. Một phần cấu trúc
của các chuỗi là cố đònh, nhưng các phần đầu mút của hai nhánh chữ Y lại biến đổi và
tạo nên các vò trí kết hợp có khả năng phản ứng với các chất hóa học khác gọi là
kháng nguyên. Kháng nguyên là các “chất lạ” có bản chất protein hay hydrat cacbon.
20
Đồ án: Tổng quan tài liệu về Biosensor
Phản ứng kháng nguyên – kháng thể được xác đònh bằng nhiều cách, trong đó có kỹ
thuật ELISA (enzym linked immunosorben assay: kỹ thuật hấp thụ miễn dòch có gắn
enzym). Nguyên tắc của kỹ thuật ELISA như sau:
Kháng thể đặc hiệu với kháng nguyên được cố đònh trên bề mặt của một ống. Một hỗn
hợp gồm một lượng đã biết phức kết enzym-kháng nguyên và một lượng chưa biết
kháng nguyên của mẫu được đặt vào ống. Sau một thời gian thích hợp kháng thể, phức
enzym-kháng nguyên và kháng nguyên tự do có thể gắn kết hoặc vẫn ở trạng thái tự
do, phụ thuộc vào nồng độ của chúng. Các kháng nguyên tự do được rửa trôi và loại
bỏ. Lượng phức kết enzym-kháng nguyên gắn với kháng thể được xác đònh bằng vận
tốc phản ứng enzym.
Hình 2.11: Nguyên lý hoạt động của kỹ thuật ELISA
ELISA được sử dụng để phát hiện và khuếch đại một phản ứng kháng nguyên-
kháng thể. Lượng kháng nguyên liên kết với enzym gắn với kháng thể cố đònh được
21
Đồ án: Tổng quan tài liệu về Biosensor
xác đònh bằng nồ độ tương đối giữa kháng nguyên liên kết và kháng nguyên tự do và
được đònh lượng bằng tỷ lệ của phản ứng enzym. Để có thể đáp ứng nhanh chóng,
người ta sử dụng các enzym có khả năng sử dụng lại nhiều lần. Độ nhạy của phương
pháp này cũng có thể tăng lên bằng cách sử dụng các phản ứng có xúc tác enzym. Các
phản ứng này cho đáp ứng nhanh hơn: chẳng hạn tạo ra các sản phẩm phát quang,
hoặc huỳnh quang, hoặc có màu đậm hơn. Kỹ thuật này hiện nay được sử dụng rộng
rãi trong các phòng phân tích thí nghiệm.

Gần đây để tăng phạm vi ứng dụng, vận tốc và độ nhạy, kỹ thuật ELISA được kết
hợp với các bộ Biosensor hình thành phương pháp sử dụng điện cực miễn dòch
(immunosensor). Các điện cực miễn dòch này rất thích hợp khi sử dụng với điện cực
điện áp hoặc các điện cực đo điện thế.
Hình 2.12: Nguyên lý hoạt động của điện cực miễn dòch
22
Đồ án: Tổng quan tài liệu về Biosensor
(I): Điện cực sinh học dùng ở đây thay thế cho hệ thống giám đònh màu truyền thống.
a) Ống được phủ kháng nguyên cố đònh. Một lượng dư phức kết enzym-kháng
thể được đặt vào trong ống và xảy ra sự gắn kết;
b) sau một thời gian thích hợp, những phân tử nào không được gắn kết sẽ bò rửa
trôi;
c) dung dòch chứa kháng nguyên phân tích được đưa vào ống, phụ thuộc vào
nồng độ kháng thể mà xảy ra sự gắn kết và loại một số phức kết enzym-kháng thể.
Lượng phức kết enzym-kháng thể loại ra được xác đònh bằng tín hiệu đáp ứng từ bộ
điện cực sinh học.
(II): Điện cực sinh học này dựa vào giám đònh trực tiếp các kháng nguyên gắn bề mặt
được phủ kháng thể.
a) điện cực sinh học được phủ kháng thể (cố đònh), đặc hiệu với kháng nguyên
phân tích. Bộ chuyển đổi được ngâm trong dung dòch chứa một hỗn hợp gồm
một lượng đã biết phức kết enzym-kháng nguyên và nồng độ chưa biết kháng
nguyên phân tích;
b) sau một thời gian thích hợp, kháng nguyên và phức kết enzym-kháng thể được
gắn với kháng thể;
c) những phân tử nào không được gắn với kháng thể bò rửa trôi và loại bỏ. Lượng
phức enzym-kháng nguyên gắn với kháng thể được xác đònh trực tiếp từ tín
hiệu chuyển đổi.
2.6. ĐIỆN CỰC VI SINH VẬT (microbial biosensor)
Điện cực vi sinh vật được chế tạo để phát hiện các chất hóa học, dựa vào sự hô hấp và
trao đổi chất của vi sinh vật.

Điện cực này gồm hai loại:
• Điện cực dùng để đo sự thay đổi hoạt lực hô hấp của vi sinh vật cố đònh với một
thiết bò đo điện thế.
• Điện cực dùng để đo các chất sinh ra từ vi sinh vật và phản ứng dễ dàng với
điện cực.
23
Đồ án: Tổng quan tài liệu về Biosensor
Các vi khuẩn hiếu khí sử dụng Oxy và sản sinh năng lượng. Nhờ việc đo lượng Oxy
tiêu thụ thông qua điện cực O
2
, ta có thể xác đònh và đánh giá được hoạt lực hô hấp
của vi khuẩn. Oxy thấm qua màng teflon và bò khử trên trên điện cực platin. Nếu các
thành phần của dung dòch có ảnh hưởng đến hoạt lực hô hấp thì nồng độ của nó có thể
được đònh lượng thông qua việc xác đònh nồng độ Oxy.
Người ta thường dùng điện cực này để xác đònh chỉ số BOD (Biochemical Oxygen
Demand – nhu cầu Oxy sinh hóa) ( là lượng Oxy do vi sinh vật tiêu thụ để oxy hóa
sinh học các chất hữu cơ trong bóng tối ở điều kiện chuẩn về nhiệt độ và thời gian).
Chỉ số BOD là thước đo lượng chất hữu cơ gây ô nhiễm nước và nó được sử dụng để
đánh giá chất lượng nước. Các chất gây ô nhiễm có thể bò phân hủy bởi vi sinh vật
nhờ tiêu thụ Oxy. Vì vậy mức độ ô nhiễm có thể được xác đònh thông qua việc đo
lượng Oxy.
Điện cực được chế tạo bằng các cố đònh trichosporon cutaneun vào màng cellulose
và gắn với điện cực Oxy.
Nguyên lý hoạt động của điện cực đo BOD: Oxy khuếch tán từ dung dòch bão hòa
không khí qua màng thẩm tích đi vào màng có chứa các tế bào vi sinh vật rồi qua
màng teflon và cuối cùng chúng bò khử trên bề mặt catod Pt của điện cực oxy. Dòng
điện của điện cực Oxy dần dần ổn đònh do vận tốc khuếch tán của Oxy qua màng cân
bằng với vận tốc tiêu thụ Oxy do hô hấp của vi sinh vật cố đònh trên màng. Người ta
gọi dòng điện này là dòng điện cơ bản (base current). Nếu ta cho chất đồng hóa hữu
cơ vào dung dòch đo thì khả năng phân tán oxy hòa tan trong dung dòch tăng do đó vi

sinh vật sẽ sử dụng oxy cho hô hấp tốt hơn. Kết quả là vâïn tốc hô hấp tăng dần còn
nồng độ oxy hòa tan giảm dần, dẫn đến dòng giảm dần cho tới khi đạt đến trạng thái
ổn đònh mới và người ta gọi dòng điện này là dòng đỉnh (pick current). Sự khác nhau
giữa dòng cơ bản và dòng đỉnh được gọi là dòng ra (output), tín hiệu của dòng ra tỷ lệ
thuận với nồng độ của các chất hữu cơ bò phân hủy sinh học của mẫu đo. Vì vậy ta có
thể biết được nồng độ BOD dựa trên điện cực vi sinh vật.
24
CHƯƠNG 3
PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO BIOSENSOR
Việc chế tạo Biosensor bao gồm ba bước:
• Chọn lựa bộ thụ cảm sinh học
• Chọn lựa bộ biến năng
• Cố đònh thành phần sinh học lên bộ biến năng.
2.1. CHỌN LỰA BỘ THỤ CẢM SINH HỌC (Bioreceptor):
Bộ thụ cảm sinh học đóng một vai trò là thiết bò nhận dạng sinh học. Khi có
mặt chất cần kiểm tra, bộ thụ cảm sinh học phải tạo ra một hiệu ứng hóa lý có khả
năng phát hiện bởi bộ biến năng. Điều này liên quan nhiều quá trình chẳng hạn như
sự xúc tác sinh học, sự cặp đôi miễn dòch hay sự nhận cảm hóa học.
3.1.1. Enzym:
Chất xúc tác sinh học thường được sử dụng là enzym vì có sẵn trên thò trường,
chẳng hạn như glucose oxidase (enzym oxy hóa glucose) và urease (Enzym thủy phân
ure). Các enzym này được thu nhận từ nhiều nguồn sinh học khác nhau và được sử
dụng một mình hay kết hợp với cofactor của chúng như NAD
+
và NADP
+
.
Sự sử dụng các enzym thương mại có nhiều thuận lợi chẳng hạn như khả năng
sản xuất hàng loạt với những đặc điểm, thời gian sống biết trước và sẵn có. Vì vậy các
enzym thương mại đóng một vai trò quan trọng trong các Biosensor hiện đang có mặt

trên thò trường. Nhưng bên cạnh đó chúng có những bất lợi như ít bền và khi hoạt động
cần có cofactor kết hợp, đồng thời một enzym đơn lẻ thì không xúc tác hoàn toàn cho
một chuỗi phản ứng, vì vậy trong biosensor thường kết hợp nhiều enzym với nhau theo
một trình tự hợp lý để đảm bảo sự hoạt động tối ưu của Biosensor.
3.1.2. Vi sinh vật:
Cơ thể vi sinh vật có đầy đủ các enzym và cofactor cần thiết trong một môi
trường đã được tối ưu hóa. Trong môi trường thích hợp, Vi sinh vật sẽ sản sinh và đền
bù bất cứ sự mất mát hoạt tính của Enzym theo thời gian.