组成图示
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传感器类型
量子点生物传感器
检测对象
葡萄糖（glucose）；样品基质：人血清（serum，100倍稀释）
检测原理
葡萄糖氧化酶（GOD）特异性催化葡萄糖氧化，生成葡萄糖酸和过氧化氢（H2O2）。H2O2作为电子转移猝灭剂，捕获Mn掺杂ZnS量子点（QDs）导带中的光生电子，抑制电子-空穴辐射复合，从而猝灭Mn2+的4T1-6A1室温磷光（RTP，约590 nm）。葡萄糖浓度越高，H2O2生成越多，RTP猝灭程度越大，ΔRTP与葡萄糖浓度呈正相关。Mn掺杂ZnS QDs的磷光寿命约2.5 ms，可通过延迟时间避开生物基质自发荧光和散射光。QDs表面多点固定GOD可提高酶活性和稳定性；H2O2被QDs还原产生的O2可再参与葡萄糖氧化，循环利用O2并减轻O2对磷光的猝灭。
检测灵敏度
LOD: 3 µM；线性范围: 10 µM–0.1 mM 和 0.1–1 mM；灵敏度斜率: 5.64（10–100 µM）和 0.97（100 µM–1 mM）；R = 0.996 和 R = 0.997
效应效果
该传感器对葡萄糖选择性良好：麦芽糖、蔗糖、果糖、甘露糖、木糖、半乳糖100倍浓度干扰小；多数氨基酸毫摩尔级干扰小，仅半胱氨酸和谷胱甘肽有干扰；20 mg/L人血清白蛋白、25 µM抗坏血酸/柠檬酸、1000 µM草酸干扰低于10%；1000倍K+、4000倍Na+、5倍Ca2+、7.5倍Mg2+无影响。100 µM葡萄糖11次重复RSD为3.2%。GOD偶联后Km由游离GOD的5.85 mM降至0.70 mM，热稳定性20–80 °C更优，最佳35–55 °C。9份血清100倍稀释直接检测，与Hitachi 7060自动分析仪一致，无需去蛋白。LOD 3 µM优于ZnO纳米棒、ZrO2/壳聚糖、CNT安培传感器，但低于CdTe QD荧光传感器。
传感器的构成
- 发光换能层：Mn-doped ZnS QDs（Mn掺杂ZnS量子点），提供约590 nm室温磷光（RTP）并作为信号换能元件。
- 表面配体层：MPA（巯基丙酸）包覆QDs，提供羧基用于偶联并增强水溶性。
- 偶联交联层：EDC（1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺）与NHS（N-羟基琥珀酰亚胺），活化羧基并与GOD氨基形成酰胺键。
- 识别催化元件：GOD（葡萄糖氧化酶），特异性催化葡萄糖氧化生成H2O2。
- 信号猝灭元件：H2O2（过氧化氢），捕获QDs导带电子并猝灭RTP，使磷光强度随葡萄糖浓度降低。
- 反应介质：PBS（磷酸盐缓冲液，pH 7.4），维持GOD活性与磷光检测环境。
中文摘要
将多种酶与纳米材料整合可构建具有新生物传感应用前景的纳米杂化体系，且纳米材料的大比表面积有助于提高酶活性和稳定性。本文报道利用EDC/NHS偶联试剂将葡萄糖氧化酶（GOD）共价连接至磷光Mn掺杂ZnS量子点（QDs）表面，构建用于葡萄糖检测的磷光生物传感器。其原理是GOD催化葡萄糖氧化生成H2O2，H2O2有效猝灭Mn掺杂ZnS QDs的室温磷光（RTP）。所得生物偶联物不仅表现出改善的酶学性能，米氏常数Km为0.70 mM，而且磷光检测模式可避免生物基质中自发荧光和散射光干扰，有利于生物样品应用。此外，GOD偶联Mn掺杂ZnS QDs在20–80 °C范围内具有更好的热稳定性。基于该体系的葡萄糖RTP传感器检出限为3 µM，具有10 µM–0.1 mM和0.1–1 mM两个线性范围。该传感器无需复杂前处理即可用于真实血清样品中葡萄糖的测定。
英文摘要
Integrating various enzymes with nanomaterials provides various nanohybrids with new possibilities in biosensor applications. Furthermore, the enzymatic activity and stability are also improved due to the large surface area of nanomaterials. Here we report the conjugation of glucose oxidase (GOD) onto phosphorescent Mn-doped ZnS quantum dots (QDs) using 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropy)carbodiimide (EDC)/N-hydroxysuccinimide (NHS) as coupling reagents for glucose biosensing based on the effective quenching of the room temperature phosphorescence (RTP) of Mn-doped ZnS QDs by the H(2)O(2) generated from GOD-catalyzed oxidation of glucose. The obtained bioconjugate not only provided improved enzymatic performance with Michaelis-Menten constant of 0.70 mM but also favored biological applications because the phosphorescent detection mode avoided the interference from autofluorescence and scattering light from the biological matrix. In addition, the GOD-conjugated Mn-doped ZnS QDs showed better thermal stability in the temperature range of 20-80 degrees C. The GOD-Mn-doped ZnS QDs based RTP sensor for glucose gave a detection limit of 3 microM and two linear ranges from 10 microM to 0.1 mM and from 0.1 to 1 mM. The developed biosensor was successfully applied to the determination of glucose in real serum samples without the need for any complicated sample pretreatments.