组成图示
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传感器类型
光电化学生物传感器
检测对象
尿素（urea）、辣根过氧化物酶（HRP）；样品基质：Tris–HCl缓冲液/化学发光反应液
检测原理
该平台利用UV活化的PpyBz层将酶共价固定于PMMA光纤表面。安培模式下，尿素扩散至脲酶层并被水解为氨基甲酸和氨；在1.1 V下氨基甲酸发生三电子氧化，产生与尿素浓度成正比的电流，EIS中电荷转移电阻随酶固定升高。光学模式下，HRP催化H2O2与luminol反应产生化学发光，光子经PMMA光纤和椭圆反射镜收集，由SPAD转换为RLU信号，信号随HRP浓度增加。UV共价固定提高了识别元件附着特异性，双模读出实现电学与光学检测。
检测灵敏度
LOD: 0.5 mM；线性范围: 0–10 mM；灵敏度: 12.3 μA mM−1 cm−2；HRP光学线性: 1:100–1:1,000,000（1 mg/mL母液）；R^2 = 0.99
效应效果
安培传感器UV活化后灵敏度为12.3 μA mM−1 cm−2，约为无UV对照（2.3 μA mM−1 cm−2）的4倍，LOD 0.5 mM，动态范围0–10 mM，响应时间2 s；文献报道为LOD 0.2 mM、0–5 mM、40 s和0.47 μA mM−1 cm−2，作者认为整体性能显著改进。EIS显示PMMA-Ppy、PpyBz和Urs修饰后电荷转移电阻分别为500、160和400 kΩ。光学模式S/N达1600，无UV和无PyBz对照仅11和16；HRP稀释1:100至1:1,000,000呈线性，r2=0.99。椭圆反射镜使光信号由20%提升至50%。
传感器的构成
- 基底/换能器：PMMA光纤（3 mm直径，未包覆），作为光传导介质和电化学工作电极基底
- 导电修饰层：聚吡咯（Ppy）薄膜，由吡咯在APS/PTSA引发下低温化学聚合形成，提供导电表面并提高亲水性
- 光活性修饰层：聚吡咯-苯基酮（PpyBz/PyBz）膜，在0.85 V下电化学聚合，提供导电性和UV 350 nm可活化的苯基酮位点
- 识别元件：脲酶（Urs）或辣根过氧化物酶（HRP），0.5 mg/mL，经UV 350 nm活化后共价固定
- 信号底物：安培模式为尿素（urea）水解产物氨基甲酸；光学模式为H2O2与luminol化学发光底物
- 读出系统：电化学工作站（PGSTAT30）用于安培/EIS，SPAD光电探测器记录化学发光RLU
中文摘要
本文报道了一种基于聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）光纤的导电-光学双模生物传感器平台。首先，在PMMA光纤端面通过低温化学聚合吡咯（Pyrrole）形成透明、稳定且导电的聚吡咯（Ppy）薄膜；随后以该导电层为工作电极，在0.85 V下电化学聚合苯基酮功能化吡咯（PyBz），得到光活性PpyBz膜。350 nm紫外光照射可活化膜中苯基酮基团产生自由基，从而将脲酶（Urs）或辣根过氧化物酶（HRP）共价固定于光纤表面。以脲酶为模型，通过电化学阻抗谱（EIS）和安培法检测尿素，获得较低电荷转移电阻和12.3 μA mM−1 cm−2的灵敏度；以HRP催化H2O2/luminol化学发光为光学模式，信噪比达1600。结果表明该平台可替代玻璃光纤，用于构建兼具电学与光学信号读出的生物传感器。
英文摘要
Herein the development of an alternative optic-conductive fiber configuration applied for the construction of biosensing platforms. This new approach is based on applying the chemical polymerization of pyrrole onto the surface of polymethyl metacrylate (PMMA) fibers to create a polymer--a conductive surface, onto which an additional photoactive polypyrrole-benzophenone (PpyBz) film is electrochemically generated upon the fiber surface. Irradiation of the benzophenone groups embedded in the Ppy films with UV radiation (350 nm) formed active radicals that allowed the covalent attachment of the desired bioreceptors. Characterization of the amperometric biosensing matrix was accomplished by using a model Urease (Urs) through electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and amperometry. Both techniques have shown a low charge transfer resistance (340 k Omega) and a high sensitivity (12.3 microA mM(-1)cm(-2)). Thereafter, the construction of an optical biosensing matrix based on horseradish peroxidase (HRP) production of photons was carried out. The high signal to noise (S/N) ratio (1600) indicated clearly that this approach can serve as a new platform to replace glass optical fibers based on biosensors.