组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
L-谷氨酸（L-glutamate, GLU）；样品基质：大鼠脑干孤束核（NTS）细胞外液、人工脑脊液（aCSF）、磷酸盐缓冲液（PBS）
检测原理
L-谷氨酸氧化酶（L-GLO）特异性识别并催化L-谷氨酸与O2反应，生成氧化谷氨酸和H2O2。生成的H2O2从溶胶-凝胶层扩散，穿过聚苯二胺（PPD）选择性屏蔽层到达Pt微电极表面。在+600 mV（vs. Ag/AgCl）下，H2O2在Pt电极发生电化学氧化，产生安培电流。PPD膜允许H2O2通过并排斥抗坏血酸、多巴胺、尿酸、5-羟色胺等电活性干扰物，从而提高选择性。由于溶胶-凝胶层薄且多孔，底物和H2O2传质快，传感器响应时间小于10 s，电流在0.5–100 μmol L−1范围内随L-谷氨酸浓度线性增加。薄层中O2可在电极表面再生，因此传感器对溶解氧变化不敏感。
检测灵敏度
LOD: 5 nM；线性范围: 0.5–100 μmol L−1；灵敏度: 279.4 ± 2.0 μA (mmol L−1)−1 cm−2 (n = 4, R.S.D. = 2.8%)
效应效果
该传感器对L-谷氨酰胺和L-天冬氨酸（20 μmol L−1）几乎无响应；对100 μmol L−1抗坏血酸、10 μmol L−1多巴胺、100 μmol L−1尿酸和100 μmol L−1 5-羟色胺的相对干扰分别为9.2%、4.0%、3.5%和6.3%，10 μmol L−1邻苯二酚为19.8%，混合干扰下L-谷氨酸信号基本不变。12个传感器对15 μmol L−1 L-谷氨酸平均电流2.79 nA，标准差0.51 nA；干存5个月保留>95%灵敏度。体内在大鼠孤束核记录到苯肾上腺素诱发的L-谷氨酸释放，平均幅度5.4±0.4 μmol L−1（n=5），空白传感器无信号；记录中平均损失约50%初始灵敏度，用初始与最终校准平均值换算。适用于脑内L-谷氨酸实时监测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：Pt微电极（platinum microelectrode, Pt），工作电极，用于在+600 mV下安培检测H2O2
- 选择性屏蔽层：聚苯二胺（poly(phenylene diamine), PPD）膜，循环伏安沉积，允许H2O2通过并排斥AA、DA、UA、5HT等干扰物
- 酶包埋层：溶胶-凝胶硅胶层（sol–gel silica gel），由TMOS、GOPTMOS、APTMOS电沉积形成，固定L-GLO并提供生物相容环境
- 识别元件：L-谷氨酸氧化酶（L-glutamate oxidase, L-GLO），特异性催化L-谷氨酸氧化生成H2O2
- 信号产物：过氧化氢（H2O2），在Pt电极表面氧化产生安培电流
- 凝胶添加剂：甘油（glycerol）、NaCl、Tris缓冲液（pH 7），稳定L-GLO并促进凝胶沉积
中文摘要
本文报道了一种用于实时监测神经组织中L-谷氨酸释放的安培型微生物传感器。该传感器以铂（Pt）微电极为工作电极，先在电极表面通过循环伏安法沉积聚苯二胺（PPD）选择性屏蔽膜，以允许过氧化氢通过并排斥抗坏血酸、多巴胺、尿酸、5-羟色胺等常见干扰物；随后采用温和的溶胶-凝胶电沉积方法，将L-谷氨酸氧化酶（L-GLO）包埋于由TMOS、GOPTMOS和APTMOS形成的生物相容硅胶层中。L-GLO特异性催化L-谷氨酸氧化生成过氧化氢，后者在Pt电极表面被安培检测，从而产生与L-谷氨酸浓度相关的电流信号。该微型传感器对L-谷氨酸的稳态响应时间小于10 s，在0.5–100 μmol L−1范围内呈线性响应，灵敏度为279.4±2.0 μA (mmol L−1)−1 cm−2（n=4，R.S.D.=2.8%），检出限为5 nM，并具有良好的长期干存稳定性。作者将该传感器用于大鼠脑干孤束核的体内实时测量，成功记录了动脉压力升高诱发的L-谷氨酸释放。
英文摘要
We have developed an amperometric microbiosensor for real time monitoring L-glutamate release in neural tissue, based on enzymatic oxidation catalyzed by the L-glutamate oxidase. By means of a sol-gel coating method, L-glutamate oxidase was entrapped in a biocompatible gel layer that provided a benign environment and retained enzyme activity on the surface of Pt microelectrode. Prior to gel layer formation, a modification on the surface of Pt microelectrode with poly(phenylene diamine) enabled the microbiosensor screen majority of common potential interfering substances existing in physiological samples. The miniaturized biosensor achieved a steady state response to l-glutamate within 10 s and exhibited a linear dependence on the concentration of L-glutamate from 0.5 to 100 micromol L(-1) with a high sensitivity of 279.4 +/- 2.0 microA (mmol L(-1))(-1) cm(-2) (n = 4, R.S.D. = 2.8%). The microbiosensor also exhibited excellent long-term stability in dry storage. We have successfully used the microbiosensor for real time measuring of L-glutamate in vivo.