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
磷酸盐（phosphate，PO4^3-）；样品基质：水样/含次黄嘌呤核苷的巴比妥缓冲液
检测原理
该传感器采用双酶级联催化实现磷酸盐的电位检测。磷酸盐（PO4^3-）作为共底物，在嘌呤核苷磷酸化酶（PNP）催化下与次黄嘌呤核苷（inosine）反应生成次黄嘌呤（Hx）和核糖-1-磷酸；随后黄嘌呤氧化酶（XOD）在氧气存在下将 Hx 氧化为尿酸并产生过氧化氢（H2O2）。随着磷酸盐浓度升高，酶促循环生成的 H2O2 量增加，在铂电极界面引起氧化还原电位变化。PPy 膜中包埋的亚铁氰化钾（Fe(CN)6^4-）可改善电子传递并稳定电位响应，使 PPy 型传感器灵敏度高于 BSA-GLA 交联型。最终通过工作电极与 Ag/AgCl 参比电极之间的平衡电位差进行定量读出。
检测灵敏度
LOD（minimum detectable concentration）: 0.1 mg/L（PPy-PNP-XOD-Fe(CN)6^4-）；LOD（minimum detectable concentration）: 2 mg/L（BSA-GLA-PNP-XOD）；线性范围: 0.5–2.5 mg/L（5–25 μM，PPy-PNP-XOD-Fe(CN)6^4-）；线性范围: 4–12 mg/L（40–120 μM，BSA-GLA-PNP-XOD）；斜率: 46.5 ± 1.0 mV/decade（电位对磷酸盐浓度对数）
效应效果
在最优 XOD:PNP 比例下，传感器响应重现性较好，RSD 为 5.8%（n=4）。抗干扰方面，抗坏血酸（AA）≤1 mM 不干扰；5 mM AA 可使响应增强 28%，PPy 型在 AA>2.5 mM 时增强最高 42%。尿酸 1 mM 使响应抑制 4%，PPy 型在 2.5 mM 尿酸下抑制 17%；甘氨酸不干扰。PPy-PNP-XOD-Fe(CN)6^4- 传感器灵敏度明显优于 BSA-GLA 型，最低检测浓度 0.1 mg/L 低于文献报道的 0.32 mg/L 和 5 mg/L，线性范围位于较低浓度端。作者认为其稳定、特异，适用于水样磷酸盐现场检测，但灵敏度仍不足以直接测定饮用水中 0.046 mg/L 的限值。
传感器的构成
- 工作电极基底：铂盘电极（Pt disc electrode），经0.3 μm氧化铝抛光，作为电位换能器
- BSA-GLA固定层：牛血清白蛋白（BSA）与戊二醛（GLA）交联膜，用于化学交联固定PNP和XOD
- PPy固定层：聚吡咯（PPy）导电聚合物膜，由0.5 M吡咯恒流电聚合形成，用于包埋酶和亚铁氰化钾
- 识别/催化元件：嘌呤核苷磷酸化酶（PNP）与黄嘌呤氧化酶（XOD），摩尔比1:8，催化磷酸盐循环反应
- 电子媒介：亚铁氰化钾（K4Fe(CN)6，Fe(CN)6^4-），共包埋于PPy膜中，辅助电子传递与电位响应
中文摘要
本文报道并比较了两种用于电位法检测磷酸盐的酶生物传感器。嘌呤核苷磷酸化酶（PNP）与黄嘌呤氧化酶（XOD）分别通过牛血清白蛋白（BSA）-戊二醛（GLA）化学交联和聚吡咯（PPy）恒流电聚合包埋两种方法共固定于铂电极。BSA-GLA 膜采用 4.5% v/v GLA 和 6.8% w/v BSA，干燥 30 min；PPy 膜采用 0.5 M 吡咯，聚合 200 s；两种方法均使用 XOD:PNP 摩尔比 1:8（6.2 U/mL XOD 与 49.6 U/mL PNP）。以 BSA-GLA-PNP-XOD 传感器与 PPy-PNP-XOD-Fe(CN)6^4- 传感器比较，PPy 传感器最低可检测磷酸盐浓度为 0.1 mg/L，线性范围为 0.5–2.5 mg/L；BSA-GLA 传感器最低可检测浓度为 2 mg/L，线性范围为 4–12 mg/L。尿酸和抗坏血酸对 PPy 传感器影响较小，在水样中通常存在的水平下不影响两种传感器的磷酸盐测定。
英文摘要
The development of two phosphate biosensors is described and compared for potentiometric detection of phosphate. Purine nucleoside phosphorylase (PNP) and xanthine oxidase (XOD) were co-immobilised by chemical cross-linking with glutaraldehyde (GLA) and bovine serum albumin (BSA), and via entrapment into polypyrrole (PPy) films by galvanostatic polymerisation. The BSA-GLA film was made with 4.5% v/v GLA and 6.8% w/v BSA with a drying time of 30 min, while polypyrrole entrapment was achieved with 0.5M pyrrole by using a polymerisation time of 200s. A mole ratio of 1:8 (6.2U/mL XOD: 49.6 U/mL PNP) was used for both methods of enzyme immobilisation. Sensitive potentiometric measurements obtained for phosphate with the BSA-GLA-PNP-XOD biosensor were compared with those of PPy-PNP-XOD-Fe(CN)(6)(4-) biosensor. A minimum detectable concentration of 0.1mg/L phosphate and a linear concentration range of 0.5-2.5mg/L were achieved with the PPy-PNP-XOD-Fe(CN)(6)(4-) biosensor. In comparison, a minimum detectable concentration of 2mg/L and a linear concentration range of 4-12 mg/L were achieved with the BSA-GLA immobilisation. The presence of uric and ascorbic acids had the least effect on the performance of the PPy-PNP-XOD-Fe(CN)(6)(4-) biosensor, but will not have any effect on phosphate measurement with both biosensors at levels normally present in water.