组成图示
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传感器类型
荧光生物传感器
检测对象
对氧磷（paraoxon，diethyl-p-nitrophenyl phosphate）；样品基质：CHES 缓冲液/溶液
检测原理
溶菌酶共价固定于 TiO2 涂层波导表面后，催化 TEOS 或 TMOS 水解缩合，原位形成无定形 SiO2 纳米颗粒，并将 OPH-CNf 偶联物封装其中。对氧磷（paraoxon）扩散进入 SiO2 基质后被 OPH 催化水解，生成 p-硝基酚和质子。质子改变 CNF 微环境 pH，使 pH 响应荧光团的荧光强度发生变化；635 nm 激光经波导全内反射激发 CNF，CCD 相机记录荧光变化。对氧磷浓度越高，单位时间水解产质子越多，荧光变化斜率越大，从而实现定量检测。
检测灵敏度
LOD: ∼35 μM；最低可检测: 7 μM；线性范围: 0.024–0.495 mM；灵敏度斜率: 0.1945；LOD: 约 0.05 mM
效应效果
TEOS 形成的 SiO2 基质比 TMOS 更稳定，可防止 OPH 泄漏；共价固定溶菌酶保留率约 90%，高于物理吸附约 30%。0.5 M NaCl 处理后，SiO2 封装 OPH 无活性损失，无 SiO2 对照损失约 33%。阵列中 BSA-CNf 对照与 OPH-CNf 工作斑点 pH 响应相关良好，可区分缓冲液 pH 变化与对氧磷水解信号。传感器 12 和 66 天重复测试，两个月后保留超过 60% 初始活性；直接共价固定 OPH 18 天损失约 80%、59 天损失约 95%。制备仅需数小时，可用于多酶/多分析物阵列。
传感器的构成
- 基底/换能器：玻璃载玻片（glass slide），经 HCl 清洗和等离子处理，作为平面波导基底。
- 纳米材料修饰层：二氧化钛纳米浆料（TiO2 nanopaste, T series）涂覆并 450 °C 烧结，形成多孔 TiO2 涂层，提供波导与生物相容表面。
- 化学功能化层：3-巯基丙基三甲氧基硅烷（MPTS）引入巯基，N-马来酰亚胺丁氧基琥珀酰亚胺酯（GMBS）交联，用于共价固定溶菌酶。
- 模板/识别支撑元件：溶菌酶（lysozyme）共价固定，作为生物矿化模板催化二氧化硅形成。
- 识别/催化元件：有机磷水解酶（OPH）与 pH 响应荧光团 CNF 偶联，催化水解对氧磷并产生荧光信号；BSA-CNf 作阴性对照。
- 封装层：四乙基正硅酸酯（TEOS）或四甲基正硅酸酯（TMOS）前驱体在溶菌酶介导下原位形成无定形二氧化硅（SiO2）纳米颗粒/基质，封装 OPH-CNf。
- 阵列图案：毛细管点样形成 OPH-CNf 工作斑点和 BSA-CNf 对照斑点，用于阵列检测。
- 信号读出：NRL 便携式阵列生物传感器，635 nm 红色二极管激光全内反射激发，CCD 相机采集荧光强度。
中文摘要
本文报道了一种在波导表面直接固定酶的快速方法，即利用溶菌酶介导的二氧化硅原位形成将酶封装于二氧化硅基质中。以有机磷水解酶（OPH）为模型酶，验证了溶菌酶介导硅化在酶稳定化中的应用。二氧化硅前驱体的选择直接影响硅颗粒形貌和 OPH 封装效率。将溶菌酶模板共价固定到波导表面，为二氧化硅形成提供了稳定基础，并显著增加了 OPH 封装的表面积。将 OPH 与 pH 响应荧光团偶联后封装于二氧化硅中，并在波导表面图案化，展示了用于有机磷阵列生物检测器的固定策略。二氧化硅封装的 OPH 在近 60 天内保持催化活性，对氧磷检出限约为 35 μM。该封装技术为生物传感器开发提供了潜在通用工具。
英文摘要
We demonstrate a rapid method for enzyme immobilization directly on a waveguide surface by encapsulation in a silica matrix. Organophosphate hydrolase (OPH), an enzyme that catalytically hydrolyzes organophosphates, was used as a model enzyme to demonstrate the utility of lysozyme-mediated silica formation for enzyme stabilization. Silica morphology and the efficiency of OPH encapsulation were directly influenced by the precursor choice used in silica formation. Covalent attachment of the lysozyme template directly to the waveguide surface provided a stable basis for silica formation and significantly increased the surface area for OPH encapsulation. OPH conjugated to a pH-responsive fluorophore was encapsulated in silica and patterned to a waveguide surface to demonstrate the immobilization strategy for the development of an organophosphate array biodetector. Silica-encapsulated OPH retained its catalytic activity for nearly 60 days with a detection limit of paraoxon of approximately 35 microM. The encapsulation technique provides a potentially versatile tool with specific application to biosensor development.