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
乳酸（lactate）；样品基质：全血、汗液、食品/饮料
检测原理
该传感器以乳酸氧化酶（LOX）为识别元件，以普鲁士蓝（PB）为过氧化氢电催化换能层。乳酸扩散进入硅氧烷溶胶-凝胶膜后，被LOX催化氧化，消耗氧气并生成过氧化氢（H2O2）。H2O2扩散至PB层，在0.00 V（vs Ag/AgCl）低电位下发生电催化还原，电子经碳墨工作电极传递，形成与乳酸浓度成正比的还原电流。低电位操作可避免抗坏血酸、尿酸、扑热息痛等还原性干扰物的氧化。溶胶-凝胶膜既固定LOX又保持小分子通透，PB的高电催化活性提供信号增强，无需额外化学放大。流动注射模式下峰电流随乳酸浓度增加而增大。
检测灵敏度
线性范围: 5 × 10^-7–1 × 10^-3 M；灵敏度: 0.18 A M^-1 cm^-2（FIA）；全血验证相关系数: >0.9987
效应效果
该传感器对生理浓度抗坏血酸、尿酸和扑热息痛无可识别响应，选择性良好。稳定性方面，连续注入0.1 mM乳酸500次后峰电流保持初始值的85%；4°C密封保存6个月后仍保持不低于90%初始活性。全血验证中，运动前后运动员静脉血乳酸浓度约2–8 mM，与标准血乳酸分析仪结果一致，相关系数大于0.9987。与商用Biosen C_Line分析仪相比，其灵敏度提高100倍，下限降低一个数量级；与已发表乳酸电极相比，灵敏度至少高一个数量级且动态范围更宽。作者认为其适用于临床分析、无创诊断和食品质量控制。
传感器的构成
- 基底电极：丝网印刷碳墨工作电极（carbon ink）与三电极结构，提供电子传导与电位控制
- 参比电极：Ag/AgCl/0.1 M KCl，用于维持工作电位0.00 V
- 换能修饰层：普鲁士蓝（PB）修饰工作电极，电催化还原H2O2并产生电流
- 识别元件：乳酸氧化酶（LOX，EC 1.1.3.2，Pediococcus sp.），催化乳酸氧化生成H2O2
- 固定化基质：γ-氨基丙基三乙氧基硅氧烷溶胶-凝胶硅氧烷膜，固定LOX并允许小分子通透
- 固定化介质：异丙醇-水混合液（90:10 v/v），作为高有机溶剂反应介质，促进硅烷水解成膜并保护LOX活性
- 信号分子：过氧化氢（H2O2），酶反应产物，在PB层被电催化还原产生电流
中文摘要
该文报道了一种用于乳酸氧化酶固定化的新型溶胶-凝胶方案，将酶在高有机溶剂含量的水-异丙醇混合液中，通过烷氧基硅烷水解形成硅氧烷凝胶膜进行固定。由于避免了过度稀释水，所得酶膜具有更高活性和稳定性。将易失性的乳酸氧化酶按该方案固定于普鲁士蓝修饰电极上，构建了先进乳酸生物传感器。乳酸氧化酶催化乳酸氧化生成过氧化氢，普鲁士蓝在低电位下电催化还原过氧化氢并产生电流。流动注射分析模式下，传感器灵敏度为0.18 A M^-1 cm^-2，线性范围超过3个数量级。与已发表乳酸传感器和商用设备相比，其分析性能更优，稳定性良好，适用于临床分析（包括无创诊断）和食品质量控制。
英文摘要
We report on the novel protocol for enzyme immobilization into gel of siloxanes using water-organic mixtures with the high content of organic solvent as a reaction medium. Hydrolysis of alkoxysilanes carried out without excessive dilution with water resulted in more active and stable enzyme containing membranes. Immobilization of an inherently labile lactate oxidase according to the proposed sol-gel protocol over Prussian Blue modified electrode resulted in an advanced lactate biosensor characterized with a sensitivity of 0.18 A M(-1) cm(-2) in the flow injection analysis (FIA) mode over a wide dynamic range. A comparison with the known sensors has shown that analytical performances of the elaborated lactate biosensor are advantageous over both published systems and commercialized devices. The biosensor shows an appropriate stability and is suitable for clinical analysis (including noninvasive diagnostics) and food quality control.