组成图示
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传感器类型
电化学发光(ECL)生物传感器
检测对象
过氧化氢（hydrogen peroxide, H2O2）、胆碱（choline）；样品基质：30 mM veronal-HCl 缓冲液（pH 9）
检测原理
该传感器采用双层结构：丝网印刷碳电极表面经循环伏安聚合形成多聚鲁米诺发光层，上层光聚合物包埋固定在DEAE-Sepharose珠上的胆碱氧化酶。检测时，胆碱在ChOD催化下氧化生成H2O2；H2O2扩散至多聚鲁米诺层，在恒电位+450 mV下使多聚鲁米诺发生氧化，氧化态多聚鲁米诺与H2O2反应生成激发态产物并释放蓝光。ECL光强随H2O2浓度增加而增强，因此与胆碱浓度成正比。近中性pH6聚合可保持酶活性，固定发光体实现无试剂检测。
检测灵敏度
H2O2（pH6多聚鲁米诺）：线性范围: 8×10−8–1.3×10−4 M；灵敏度: 3×10^7 au M−1；log-log斜率: 0.865；R^2 = 0.994。H2O2（0.5 M H2SO4）：线性范围: 8×10−6–1.3×10−3 M；灵敏度: 4.6×10^4 au M−1；log-log斜率: 0.833；R^2 = 0.993。胆碱（PVA-SbQ B）：LOD: 2×10−7 M (S/N=3)；线性范围: 8×10−8–1.3×10−4 M；log-log斜率: 0.779；R^2 = 0.995。
效应效果
最佳PVA-SbQ B/多聚鲁米诺传感器对胆碱线性范围8×10−8–1.3×10−4 M，LOD 2×10−7 M（S/N=3），10−4 M响应约1000 au，响应时间约1 min。操作稳定性7–8次，RSD 8.8%（n=8）。光聚合物比硅胶不易开裂且制备简便，光照30 min未明显猝灭发光。与需加入溶液鲁米诺的ECL/CL胆碱传感器相比，该体系发光体固定在电极上，属无试剂、可抛弃、易使用的光学生物传感器，性能与作者此前ECL传感器相当，并适用于其他氧化酶-底物体系。未报告选择性、抗干扰和实际样品回收率。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：丝网印刷电极（SPE）碳工作电极（面积19.6 mm2）与印刷Ag/AgCl参比电极；经1 M NaHCO3中+1.3 V vs. Ag/AgCl电化学预处理，去除污染物并增加表面粗糙度/功能基。
- 发光聚合物修饰层：多聚鲁米诺（polyluminol）通过循环伏安（CV）在0.1 M磷酸/0.1 M KCl pH6或0.5 M H2SO4中聚合，作为固定发光体（luminophore）参与ECL反应。
- 识别/催化元件：胆碱氧化酶（choline oxidase, ChOD）在pH 9 veronal-HCl中通过静电作用固定在DEAE-Sepharose阴离子交换珠上，催化胆碱氧化生成H2O2。
- 酶包埋固定基质：最佳为PVA-SbQ B光聚合物（含苯乙烯基吡啶鎓基团的聚乙烯醇，PVA-SbQ B），光交联成膜并包埋ChOD-DEAE-Sepharose珠；亦测试壳聚糖、琼脂糖、藻酸盐、TMOS/TEOS硅胶及戊二醛-BSA交联膜。
- 信号反应物：H2O2为酶催化产物和ECL共反应物，与氧化态多聚鲁米诺反应生成激发态产物并发光。
- 信号读出系统：恒电位仪施加+450 mV vs. Ag/AgCl，液芯光纤连接光度计/光电倍增管（luminometer/PMT）检测蓝光强度。
中文摘要
本文报道了基于多聚鲁米诺（polyluminol）作为发光体的无试剂电化学发光（ECL）（生物）传感器。多聚鲁米诺膜通过循环伏安法（CV）在丝网印刷电极（SPE）上制备，聚合介质可为常用的硫酸（H2SO4）酸性介质，也可在更温和的近中性缓冲条件下进行。比较了酸性pH与pH 6下聚合所得多聚鲁米诺的ECL响应，发现近中性介质中形成的多聚鲁米诺对过氧化氢（H2O2）检测响应最佳。在pH 6下经CV聚合的传感器对H2O2的线性范围为8×10−8至1.3×10−4 M。基于该高性能H2O2传感器，作者将其与可产生H2O2的氧化酶结合，构建了酶法生物传感器，并以胆碱氧化酶（ChOD）为模型酶。传感器制备时先在pH 6下CV聚合鲁米诺，再在修饰后的工作电极上形成酶包埋基质。研究测试了多种生物基质（壳聚糖、琼脂糖、藻酸盐）和化学基质（硅胶、光聚合物或网状基质）。将固定ChOD的光聚合物与多聚鲁米诺膜结合时性能最佳，此时胆碱的线性范围为8×10−8至1.3×10−4 M。
英文摘要
Performant reagentless electrochemiluminescent (ECL) (bio)sensors have been developed using polymeric luminol as the luminophore. The polyluminol film is obtained by cyclic voltammetry (CV) on a screen-printed electrode either in a commonly used H(2)SO(4) medium or under more original near-neutral buffered conditions. ECL responses obtained after performing polymerization either at acidic pH or at pH 6 have been compared. It appears that polyluminol formed in near-neutral medium gives the best responses for hydrogen peroxide detection. Polymerization at pH 6 by cyclic voltammetry gives a linear range extending from 8 x 10(-8) to 1.3 x 10(-4) M H(2)O(2) concentrations. Based on this performant sensor for hydrogen peroxide detection, an enzymatic biosensor has been developed by associating the polyluminol film with an H(2)O(2)-producing oxidase. Here, choline oxidase (ChOD) has been chosen as a model enzyme. To develop the biosensor, luminol has been polymerized at pH 6 by CV, and then an enzyme-entrapping matrix has been formed on the above modified working electrode. Different biological (chitosan, agarose, and alginate) and chemical (silica gels, photopolymers, or reticulated matrices) gels have been tested. Best performances have been obtained by associating a ChOD-immobilizing photopolymer with the polyluminol film. In this case, choline can be detected with a linear range extending from 8 x 10(-8) to 1.3 x 10(-4) M.