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
L-乳酸（L-lactate / lactate）；实验样品基质为0.1 M PBS（pH 7.0）缓冲溶液，文中提及可应用于血液、组织等临床样品
检测原理
固定于粗糙金电极上的LOx催化L-乳酸氧化为丙酮酸，酶自身被还原。溶液中的HMF作为人工电子受体，接受还原态LOx传递的电子而被还原为HMFred，同时再生氧化态LOx。HMFred扩散至粗糙金电极表面，在较低电位下被再氧化为HMFox，产生与乳酸浓度相关的催化电流。粗糙金纳米结构增大有效面积、提高酶负载并降低电荷转移电阻，从而增强介导电催化信号。低浓度下电流随乳酸浓度线性增加，高浓度下受酶动力学控制而趋于饱和，符合Michaelis-Menten行为。
检测灵敏度
粗糙金电极（AuR-DTSP-LOx）：LOD: 21.5 μM；线性范围: 0–1.2 mM；灵敏度: 1.49 μA mM−1；KM: 0.93 ± 0.06 mM；IMAX: 186.2 μA cm−2；定量限: 71.8 μM。多晶金电极（Au-DTSP-LOx）：LOD: 14 μM；线性范围: 0–0.2 mM；灵敏度: 0.99 μA mM−1；KM: 0.270 ± 0.007 mM；IMAX: 85.2 μA cm−2；定量限: 48 μM。
效应效果
粗糙金电极相比多晶金电极可负载更多LOx，线性范围由0–0.2 mM扩展至0–1.2 mM，灵敏度由0.99 μA mM−1升至1.49 μA mM−1；但检测限和定量限为21.5 μM、71.8 μM，未优于多晶金的14 μM、48 μM。表2给出重现性RSD 3.9%、重复性RSD 0.5%，正文另称三次测量约3%、五个传感器约10%。一次测定后响应下降约15%，三天内基本稳定。0.1 mM酒石酸、柠檬酸、葡萄糖、果糖无明显干扰，抗坏血酸有干扰。未报告实际样品回收率或ELISA对比。作者认为该粗糙金换能器适合生物分析平台。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：粗糙金电极（AuR），由多晶金电极经硫酸中反复方波扰动电位形成厚水合氧化层再电还原得到，提供大比表面积与较低电荷转移电阻
- 自组装单分子层：DTSP（3,3′-dithiodipropionic acid di(N-succinimidyl ester)）在金表面形成SAM，保持粗糙结构并提供末端琥珀酰亚胺酯
- 识别元件：乳酸氧化酶（LOx，lactate oxidase），通过琥珀酰亚胺酯共价固定，催化L-乳酸氧化为丙酮酸
- 信号介体：羟甲基二茂铁（HMF，hydroxymethylferrocene），作为人工电子受体接受酶反应电子并在电极上再氧化
- 缓冲介质：0.1 M PBS（pH 7.0），维持酶活性并提供离子导电环境
- 读出系统：三电极电化学池，工作电极为AuR-DTSP-LOx，对电极为铂，参比电极为MSE，以催化电流作为分析信号
中文摘要
本文报道了一种以纳米结构粗糙金表面作为换能器的乳酸氧化酶（LOx）生物传感器的设计与表征。该传感器通过在粗糙金电极表面构建双硫代双-N-琥珀酰亚胺基丙酸酯（DTSP）自组装单分子层，并利用其末端琥珀酰亚胺基团共价固定LOx而制备。DTSP既能保持粗糙金的纳米形貌，又为酶提供可重复的共价结合位点。作者采用场发射扫描电镜（FE-SEM）和原子力显微镜（AFM）表征粗糙金形貌，用X射线衍射（XRD）分析优先取向和平均晶粒尺寸，并用电化学阻抗谱（EIS）研究酶单层界面性质。结果表明，粗糙金换能器具有较大比表面积和较低电荷转移电阻，可负载更多酶并提高介导电催化活性。在0.1 M PBS（pH 7.0）中以羟甲基二茂铁（HMF）为溶液介体时，传感器对L-乳酸的催化电流响应在0–1.2 mM范围内线性，灵敏度为1.49 μA mM−1。
英文摘要
The design and characterization of a lactate biosensor using a nanostructured rough gold surface as a transducer is reported. The biosensor is developed by immobilization of lactate oxidase (LOx), on a rough gold electrode modified with a self-assembled monolayer of dithiobis-N-succinimidyl propionate (DTSP). This bifunctional reagent preserves the rough gold structure and allows further covalent immobilization of the enzyme through the terminal succinimidyl groups. The rough gold electrode is characterized using field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and atomic force microscopy (AFM). The preferential orientation and average crystallite size are obtained by X-ray diffraction (XRD). The resulting lactate oxidase monolayers are characterized by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). This nanostructured transducer allows higher mediated electrocatalytic activity than polycrystalline ones. The biosensor response to increasing lactate concentrations, using hydroxymethylferrocene as a redox mediator in solution, is linear up to 1.2 mM with a sensitivity of 1.49 microA mM(-1).