组成图示
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传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
尿素（urea）/血尿素氮（BUN, blood urea nitrogen）；样品基质：临床血清、全血，以及合成尿素磷酸盐缓冲液样品；文中亦提及牛奶和废水等潜在基质。
检测原理
该传感器以脲酶为识别元件，尿素进入PVA–PAA酶膜后发生酶促水解：NH2CONH2 + H+ + 2H2O → 2NH4+ + HCO3−。生成的NH4+扩散至氨离子选择性电极（ISE）敏感膜，使电极界面电位随铵离子活度变化。ISE输出高阻抗电位，先经LF356电压跟随器缓冲，再经反相放大器放大10倍，由12位ADC采集。软件按120 s响应时间的矩形双曲线校准方程 c=293.53δV/(2.48+δV) 将电位变化换算为尿素浓度。因此信号随尿素浓度升高而增大，工作范围1–1000 mM，无需化学标记或酶催化沉积放大，主要依靠酶催化产氨和电子放大。
检测灵敏度
LOD: 1 mM；分辨率: 0.3 mM；工作范围: 1–1000 mM；响应时间: 120 s；30 s时全范围线性相关；灵敏度: 8.3–7.4 V/M（1–40 mM）、4.0–7.4 V/M（40–550 mM）、2–3 V/M（其余范围）；合成样品相关系数: 0.997，斜率: 0.944；低浓度（1–15 mM）相关系数: 0.983，斜率: 1.042；临床相关: y=0.952x−0.549，相关系数: 0.962。
效应效果
传感器以氨离子选择性电极保证对氨的特异性，1–10 mM抗坏血酸对10 mM尿素响应干扰可忽略，无酶膜响应可忽略。单张酶膜在3–4 h内重复使用8次，响应保持90%以上。合成尿素样品全范围相关系数0.997、斜率0.944，低浓度1–15 mM相关系数0.983、斜率1.042。临床血清BUN与Infinity BUN试剂法自动分析仪比较得y=0.952x−0.549，相关系数0.962。酶膜在含DTT、β-ME和甘油的磷酸盐缓冲液中4°C湿润保存两个月无明显酶活损失，室温或浸没保存则明显失活。作者认为其可用于临床BUN、牛奶尿素氮及废水等宽范围检测。
传感器的构成
- 换能器电极：氨离子选择性电极（ammonia ion selective electrode, ISE），识别酶反应生成的NH4+并输出电位信号。
- 支持层：纱布（cheesecloth），浸渍聚合物浆料，提供机械强度和拉伸强度。
- 复合聚合物膜：聚乙烯醇（PVA）与聚丙烯酰胺（PAA）复合膜，由丙烯酰胺（acrylamide）和双丙烯酰胺（bis-acrylamide）经γ辐照自由基聚合形成，包埋酶并提供柔性孔隙结构。
- 识别元件：脲酶（urease, E.C. 3.5.1.5，jack bean），催化尿素水解生成NH4+和HCO3-。
- 交联稳定剂：戊二醛（glutaraldehyde, 0.2% v/v）交联脲酶，减少酶泄漏；DTT、β-巯基乙醇（β-ME）和甘油用于稳定酶活与保湿。
- 反应池：流动池（flow-through cell/vessel），磷酸盐缓冲液（pH 7.4）以20 ml/min流动，样品注射后酶膜与底物接触。
- 信号读出：LF356高输入阻抗运放电压跟随器与反相放大器（10倍）放大电位，12位ADC卡（PCL 207）和C++软件自动采集并计算浓度。
中文摘要
本研究开发了一种基于脲酶包埋于聚乙烯醇（PVA）与聚丙烯酰胺（PAA）复合聚合物膜的电位法尿素生物传感器。该膜以纱布为支持层，通过γ射线辐照引发自由基聚合制备，具有机械稳定性。传感器在流动池中工作，酶膜与氨离子选择性电极结合，磷酸盐缓冲液中注入尿素后，脲酶催化尿素水解生成氨/铵离子，电极以电位法监测其变化。系统采用运算放大器电路放大信号，并通过12位模数转换卡实现自动数据采集。传感器对尿素的工作范围为1–1000 mM，响应时间为120 s；酶膜可重复使用8次且保持90%以上准确性。在临床血清样品中测定血尿素氮（BUN），与商用Infinity BUN试剂法自动生化分析仪结果呈良好相关。酶膜在含二硫苏糖醇、β-巯基乙醇和甘油的磷酸盐缓冲液中可保存两个月而无明显酶活损失。
英文摘要
A urea biosensor was developed using the urease entrapped in polyvinyl alcohol (PVA) and polyacrylamide (PAA) composite polymer membrane. The membrane was prepared on the cheesecloth support by gamma-irradiation induced free radical polymerization. The performance of the biosensor was monitored using a flow-through cell, where the membrane was kept in conjugation with the ammonia selective electrode and urea was added as substrate in phosphate buffer medium. The ammonia produced as a result of enzymatic reaction was monitored potentiometrically. The potential of the system was amplified using an electronic circuit incorporating operational amplifiers. Automated data acquisition was carried by connecting the output to a 12-bit analog to digital converter card. The sensor working range was 1-1000 mM urea with a response time of 120 s. The enzyme membranes could be reused 8 times with more than 90% accuracy. The biosensor was tested for blood urea nitrogen (BUN) estimation in clinical serum samples. The biosensor showed good correlation with commercial Infinitytrade mark BUN reagent method using a clinical chemistry autoanalyzer. The membranes could be preserved in phosphate buffer containing dithiothreitol, beta-mercaptoethanol and glycerol for a period of two months without significant loss of enzyme activity.