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）；样品基质为50 mM Tris–HCl缓冲液（pH 6.0），未报道血清、尿液等实际样品基质。
检测原理
该传感器以玻璃pH电极为换能器，明胶/戊二醛交联层固定尿素酶。制备时硫脲作为竞争性抑制剂与尿素酶活性中心结合，形成生物印迹复合物，保护酶在交联过程中免受失活；洗脱硫脲后保留印迹酶层。检测时，样品中的尿素扩散进入生物活性层，被尿素酶催化水解：urea + H2O → CO2 + 2NH3。生成的NH3使局部pH升高，玻璃电极电位随pH变化而改变，由pH计读出。信号大小与尿素浓度相关，在0.25–4 mM范围内呈线性。酶催化使单个酶分子可连续转化多个尿素分子，提供本征信号放大；生物印迹主要改善稳定性，不改变线性范围。
检测灵敏度
线性范围: 0.25 mM–4 mM urea；Km: 1.6 mM（bio-imprinted）和 2.1 mM（unmodified）
效应效果
两种传感器最适温度均为30°C，最适pH均为6.0。30°C孵育3 h后，未印迹传感器残余活性38.6%（失活61.4%），生物印迹传感器残余活性65%。pH 6.0 Tris–HCl中孵育3 h，未印迹残余活性64.1%，印迹为75.4%。印迹传感器可在25–40°C工作而无活性下降。1 mM尿素重复测量（n=15）：未印迹均值1.1±0.12 mM，CV 11%；印迹均值1.1±0.1 mM，CV 9%。操作稳定性方面，印迹传感器第14次测量无活性下降，第15次仅失活2%；未印迹第15次失活约11%。工作条件孵育5 h后pH响应基本不变。作者认为该方法简单、低成本，可改善酶传感器稳定性。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃pH电极（glass pH electrode），用于电位法检测pH变化
- 固定化载体：明胶（gelatin, Type 3, 225 Bloom），承载并固定酶于电极表面
- 生物识别元件：尿素酶（urease, EC 3.5.1.5），催化尿素水解产生NH3和CO2
- 印迹模板：硫脲（thiourea），竞争性抑制剂，与尿素酶活性中心结合形成生物印迹复合物并保护活性位点
- 交联剂：戊二醛（glutaraldehyde, 2.5%），交联明胶与酶，提高热和操作稳定性
中文摘要
尽管生物传感器在多个领域应用不断增加，构建稳定可靠的生物传感器仍具挑战性。分子生物印迹酶对其底物具有较高稳定性，可作为传感器识别元件的理想替代。尿素酶（urease，EC 3.5.1.5）催化尿素水解生成氨和二氧化碳，其固定化形式可用于人工肾血液解毒；据报道全球约50万患者依赖血液透析。本研究首先在水相中以底物类似物硫脲（thiourea）与尿素酶复合，形成酶–模板复合物，随后以明胶为载体、戊二醛交联，将酶固定在玻璃电极表面；同时按相同条件制备未与硫脲复合的尿素酶玻璃电极生物传感器。研究比较两种生物传感器的重复性、pH稳定性、热稳定性及线性范围，以评估生物印迹对尿素酶传感器稳定性的改善效果。
英文摘要
Despite the increasing number of applications of biosensors in many fields, the construction of a steady biosensor remains still challenging. The high stability of molecularly bio-imprinted enzymes for its substrate can make them ideal alternatives as recognition elements for sensors. Urease (urea aminohydrolase, EC 3.5.1.5), which catalysis the hydrolysis of urea to ammonia and carbon dioxide, has been used in immobilized form in artificial kidney for blood detoxification. According to one report approximately half a million patients worldwide are being supported by haemodialysis. In this study, the enzyme of urease was first complexed by using a substrate analogue, thiourea, in aqueous medium and then this enzyme was immobilized on gelatin by crosslinking with glutaraldehyde on a glass electrode surface. Similarly, urease noncomplexed with thiourea was also immobilized on a glass electrode in the same conditions. The aim of the study was to compare the two biosensors in terms of their repeatability, pH stability and thermal stability, and also, linear ranges of two biosensors were compared with each other.