电化学生物传感器 2010

A novel amperometric biosensor based on banana peel (Musa cavendish) tissue homogenate for determination of phenolic compounds.

Artificial cells, blood substitutes, and immobilization biotechnology Ozcan HM, Sagiroglu A
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组成图示

A novel amperometric biosensor based ... 传感器构成示意图

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传感器类型

电化学生物传感器

检测对象

酚类化合物(phenolic compounds, PCs,包括儿茶酚 catechol、咖啡酸 caffeic acid、没食子酸 gallic acid、槲皮素 quercetin、芦丁 rutin、L-多巴 L-Dopa、对甲酚 p-cresol、对苯二酚 hydroquinone、间苯二酚 resorcin、苯酚 phenol、邻苯三酚 pyrogallol、肉桂酸 cinnamic acid、抗坏血酸 ascorbic acid);样品基质:缓冲液标准溶液及饮料(苹果汁、葡萄汁、可乐、芬达、啤酒、白葡萄酒)

检测原理

传感器以香蕉皮组织匀浆中的多酚氧化酶(PPO)为识别与催化元件。酚类化合物(PCs)进入电极表面后,被PPO催化氧化,同时消耗溶解氧(O2)并生成邻醌和水。工作电极在-0.700 V下发生O2的还原反应,形成稳态还原电流。当PCs浓度增加时,酶促反应消耗更多O2,使电极表面O2浓度降低,还原电流下降;电流下降量ΔI与PCs浓度在一定范围内呈线性关系。明胶和戊二醛仅用于固定与交联,提高PPO稳定性,不提供额外信号放大。该体系属于直接安培型检测,信号随被测物浓度升高而单调下降。

检测灵敏度

LOD: 10 µM;线性范围: 10-80 µM(摘要/正文;表2为20–80 µM);灵敏度斜率: 195.5(y=195.5x+12.12);R^2 = 0.999

效应效果

传感器可检测13种酚类,咖啡酸活性最高(139.9%),邻苯三酚117.7%,儿茶酚100%;抗坏血酸表观活性96%(正文另述4.9%)。抑制剂中Hg2+抑制21.2%,Zn2+ 1.1%,Cu2+ 1.3%,苯甲酸4.3%,硫脲3.5%,抗干扰较好。重复性CV 2.69%,SD 1.44×10^-3 µM;4℃储存24 d后活性74.6%。饮料加标回收率:苹果汁100.7%、100.5%,葡萄汁106.4%、105.96%,啤酒101.6%、99.34%,白葡萄酒100.1%、99.24%,可乐103.4%、2101.1%,芬达101.9%、399.75%(后两项表值异常)。分析10–12 min,无需前处理,作者认为可替代比色、UV、HPLC等快速检测总酚。

传感器的构成

  • 基底/换能器电极:玻璃碳电极(GCE),作为工作电极提供导电表面并检测电流
  • 固定/交联层:明胶(gelatin)与戊二醛(glutaraldehyde, GA),固定香蕉皮组织匀浆并交联以提高稳定性
  • 识别/催化元件:香蕉皮(Musa cavendish)组织匀浆,含多酚氧化酶(PPO),催化酚类氧化
  • 反应介质:66 mM 磷酸盐缓冲液(pH 7.0),维持酶活性和反应环境
  • 三电极体系:Ag/AgCl 参比电极与 Pt 对电极,配合 GCE 完成安培测量
  • 信号读出:恒电位仪(Palmsense)在 -0.700 V 下记录溶解氧还原电流变化

中文摘要

本研究以香蕉皮(Musa cavendish)组织匀浆为生物催化组分,将其与明胶混合后固定于玻璃碳电极(GCE)表面,并用戊二醛交联,构建一种新型安培型生物传感器,用于酚类化合物(PCs)检测。系统考察了组织量、明胶量、戊二醛浓度、pH、缓冲液浓度和温度对传感器响应的影响,并测定了13种酚类化合物的校准曲线与检测范围。结果表明,儿茶酚在10–80 µM范围内呈良好线性;重复性研究中变异系数和标准差分别为2.69%和1.44×10^-3 µM。此外还考察了储存稳定性、抑制剂效应及在饮料样品中的应用。该传感器制备简单、成本低、无需复杂前处理,可用于食品和环境样品中酚类化合物的快速检测。

英文摘要

In this study the biosensor was constructed by immobilizing tissue homogenate of banana peel onto a glassy carbon electrode surface. Effects of immobilization materials amounts, effects of pH, buffer concentration and temperature on biosensor response were studied. In addition, the detection ranges of 13 phenolic compounds were obtained with the help of the calibration graphs. Storage stability, repeatability of the biosensor, inhibitory effect and sample applications were also investigated. A typical calibration curve for the sensor revealed a linear range of 10-80 microM catechol. In reproducibility studies, variation coefficient and standard deviation were calculated as 2.69%, 1.44 x 10(-3) microM, respectively.