组成图示
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传感器类型
全细胞生物传感器
检测对象
生化需氧量（BOD，biochemical oxygen demand）；样品基质：污染水样、葡萄糖-谷氨酸（GGA）标准溶液
检测原理
该传感器以全细胞作为生物识别元件。固定于杂化基质中的 T. cutaneum 2.570 细胞在储存阶段以关节孢子形式休眠，接触含有机物的 BOD 样品并激活后，细胞恢复营养代谢，氧化分解葡萄糖-谷氨酸等有机物并消耗溶解氧。样品中 BOD 越高，可被细胞代谢的有机物越多，单位时间内氧消耗速率越大，氧探针附近溶解氧浓度下降越明显。氧探针在 Au 工作电极上施加 -700 mV（对 Ag/AgCl）使溶解氧发生还原反应，产生与氧浓度相关的电流；背景电流扣除后，净电流响应 ΔI 随 BOD 浓度升高而增大。该过程无需外源标记或酶促放大，信号直接来源于细胞代谢耗氧。
检测灵敏度
线性范围: 5–45 mg BOD5 l-1；灵敏度斜率: 3.0679；R = 0.9946
效应效果
该传感器在 5–45 mg BOD5 l-1 范围内呈良好线性，回归方程 y=19.6825+3.0679x，R=0.9946。对 25.0 mg BOD5 l-1 GGA 标准液，生物基质膜激活 8–9 天后净电流响应达到最大 102 nA。连续测量 2 个月后仍保持原始响应的 82.2%，三次重复测量 RSD 为 ±8.37%，表明杂化基质具有良好生物相容性和操作稳定性。文中还指出该校准曲线可用于实际污染水样 BOD 测定，但未给出具体回收率或选择性数据。作者认为关节孢子休眠-激活机制有利于传感器长期储存和运输，对全细胞生物传感器设计具有普遍参考价值。
传感器的构成
- 支撑膜：supporting membrane，承载生物基质膜
- 杂化基质膜：silica sol-gel 与 PVA-g-P(4-VP) 形成有机-无机杂化材料，包埋细胞并提供生物相容微环境
- 识别元件：Trichosporon cutaneum strain 2.570 全细胞，以 arthroconidia 形式储存并在营养条件下激活
- 换能器电极：oxygen probe，含 Au 工作电极、Ag/AgCl 参比电极和 Pt 对电极，在 -700 mV 下检测氧还原电流
- 信号标记物：无外源标记，细胞代谢耗氧直接改变氧探针电流
中文摘要
本文报道了一种由二氧化硅溶胶-凝胶和聚乙烯醇-4-乙烯基吡啶接枝共聚物（PVA-g-P(4-VP)）组成的有机-无机杂化材料，用于固定 Trichosporon cutaneum 菌株2.570细胞。包埋于该杂化基质中的细胞可保持长期活力。作者利用共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）研究其长期存活机制，发现胞外材料中形成的关节孢子（arthroconidia）在维持固定微生物长期活力中起重要作用。这些休眠态细胞能抵抗环境胁迫，并在适宜营养条件下重新激活为营养细胞。基于该机制，作者构建了以细胞/杂化材料修饰支撑膜为识别层、以氧探针为换能器的电化学生化需氧量（BOD）传感器，用于验证关节孢子长期存活机制。研究结果可为多种生物传感器的设计与长期储存提供借鉴。
英文摘要
In this paper, organic-inorganic hybrid material, which is composed of silica and the grafting copolymer of poly (vinyl alcohol) and 4-vinylpyridine (PVA-g-P(4-VP)), was employed to immobilize Trichosporon cutaneum strain 2.570 cells. Cells entrapped into the hybrid material were found to keep a long-term viability. The mechanism of such a long-term viability was investigated by using confocal laser scanning microscopy (CLSM). Our studies revealed that arthroconidia produced in the extracellular material might play an important role in keeping the long-term viability of the immobilized microorganism. After the arthroconidia were activated, an electrochemical biochemical oxygen demand (BOD) sensor based on cell/hybrid material-modified supporting membrane was constructed for verifying the proposed mechanism. The results and insight gained from the present experiments can be widely used to various biosensor designs.