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
多巴胺（dopamine, DA）；样品基质：麻醉大鼠脑内细胞外液（体内脑组织）
检测原理
多巴胺（DA）扩散至传感器表面后，被固定化酪氨酸酶（Tyr）催化氧化为邻多巴醌（o-dopaquinone）。该酶促反应将DA转化为可在较低电位下还原的醌类产物，使检测电位降至约-150 mV（vs Ag/AgCl），从而避开抗坏血酸、尿酸等干扰物的氧化电位。邻多巴醌在碳纤维微电极表面发生电化学还原，产生与DA浓度成正比的还原电流。CeO2/TiO2混合氧化物通过Ce3+/Ce4+氧化还原转换、介导电子转移及稳定酶固定化，提高电流响应并降低电极钝化。酶催化产物在电极表面反复还原形成酶促/电化学循环，实现信号放大与连续检测。恒电位安培法实时读出电流，电流强度随DA浓度增加而增大。
检测灵敏度
LOD: 1 nM；线性范围: 10 nM–220 μM；灵敏度: 14.2 nA·μM-1；R^2 = 0.9998
效应效果
传感器对多巴胺具有良好选择性：对L-多巴、去甲肾上腺素、肾上腺素和DOPAC的选择性分别为178.62±10.67、34.63±3.90、45.53±3.42和5.12±0.60；对抗坏血酸、尿酸和5-羟色胺无明显响应。含CeO2/TiO2时稳定性提高：储存2周保留75%，连续40次检测后保留50%，连续2 h电流保留80%；6个独立电极重现性RSD为2.25%。植入麻醉大鼠脑内后，可连续2 h以上监测电刺激诱发的多巴胺释放，测得细胞外多巴胺最高1.69±0.13 μM，植入后灵敏度由14.2 nA·μM−1降至10 nA·μM−1。作者认为该传感器低电位、低钝化、生物相容，可作为快速扫描循环伏安法（FSCV）的体内多巴胺监测替代方案。
传感器的构成
- 基底/工作电极：碳纤维微电极（carbon fiber microelectrode, CF，直径约100 μm），作为电化学换能器与信号输出界面
- 参比电极：氯化处理银/氯化银微电极（Ag/AgCl），用于设定-150 mV检测电位
- 电极活化层：碳纤维表面经磷酸盐缓冲液（PB）中反复过氧化的电化学处理，作为电极预处理步骤
- 固定化基质：壳聚糖（chitosan, Chit）生物聚合物，提供生物相容性、成膜性、高孔隙及静电结合位点
- 纳米材料修饰层：氧化铈/氧化钛（CeO2/TiO2）混合金属氧化物纳米粉体，增强催化/介导作用、稳定酶并提高灵敏度与稳定性
- 识别元件：酪氨酸酶（tyrosinase, Tyr），催化多巴胺（DA）转化为邻多巴醌（o-dopaquinone）
- 信号转导产物：邻多巴醌（o-dopaquinone），在低电位下于CF表面被还原，产生与DA浓度相关的安培电流
- 信号读出：CH Instrument电化学分析仪/恒电位仪，恒电位-150 mV安培检测
中文摘要
本研究开发了一种新型可植入酶基碳纤维微生物传感器，用于体内多巴胺（dopamine, DA）监测。该传感器以直径约100 μm的碳纤维微电极为基底，在其表面沉积由生物聚合物壳聚糖（chitosan, Chit）和铈基金属氧化物（CeO2/TiO2）构成的生物相容性固定化基质，并将酪氨酸酶（tyrosinase, Tyr）固定于其中。酪氨酸酶催化多巴胺转化为邻多巴醌（o-dopaquinone），随后在较低电位下对邻多巴醌进行电化学还原，从而产生可检测的安培信号。作者系统考察了传感层中各组分对分析性能的影响。在最优构型下，传感器对多巴胺的检出限为1 nM，线性范围跨越5个数量级（10 nM–220 μM），灵敏度为14.2 nA·μM−1，并对抗坏血酸、尿酸、5-羟色胺、去甲肾上腺素、肾上腺素及L-多巴等干扰物表现出良好选择性。该体系可在麻醉大鼠脑内对电刺激诱发的多巴胺释放进行连续实时监测，测得多巴胺浓度最高达1.69 μM。该可植入多巴胺生物传感器为快速扫描循环伏安法提供了体内多巴胺监测的替代方案。
英文摘要
We developed a novel implantable enzyme-based carbon fiber biosensor for in vivo monitoring of dopamine. The biosensor is fabricated using tyrosinase immobilized in a biocompatible matrix consisting of a biopolymer, chitosan and ceria-based metal oxides, deposited onto the surface of a carbon fiber microelectrode with a diameter of approximately 100 microm. Tyrosinase catalyzes the conversion of dopamine to o-dopaquinone, and the reduction of o-dopaquinone, which requires a low potential difference, was detected electrochemically. The role of each component in the sensing layer was systematically investigated in relation to the analytical performance of the biosensor. In its optimal configuration, the biosensor demonstrated a detection limit of 1 nM dopamine, a linear range of 5 orders of magnitude between 10 nM and 220 microM, a sensitivity of 14.2 nA x microM(-1), and good selectivity against ascorbic acid, uric acid, serotonin, norepinephrine, epinephrine, and 3,4-dihydroxy-l-phenylalanine (L-DOPA). The system provided continuous, real time monitoring of electrically stimulated dopamine release in the brain of an anesthetized rat. Levels of dopamine up to 1.69 microM were measured. This new implantable dopamine biosensor provides an alternative to fast scan cyclic voltammetry for in vivo monitoring of dopamine.