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
青霉素V（penicillin V）；样品基质：PBS缓冲液、经硫酸铵盐析离心预处理后的牛奶样品
检测原理
固定化β-内酰胺酶识别并催化青霉素V水解为青霉酸，释放质子，使电极表面局部pH下降。血竭素作为pH敏感氧化还原探针，其氧化还原行为随pH变化，在200 mV工作电位下产生与pH变化相关的安培电流变化。MWCNTs通过高电子迁移率和多孔网络增强血竭素与电极间的电子传递，同时作为固定基质提高酶和探针负载，从而放大电流响应。青霉素浓度越高，水解产生的质子越多，局部pH下降越明显，电流变化越大；低浓度区响应与青霉素V对数浓度呈线性关系。
检测灵敏度
LOD: 50 nM (19 μg L−1)（S/N = 6）；线性范围: 5.0 nM–9.3 μM（对数线性），9.3 μM–1.0 mM 与 1.0–2.6 mM 为两段线性区；灵敏度斜率: 10 nA/100 μM（200–1000 μM）；牛奶中 LOD: 24 μM，检测范围: 24 μM–0.89 mM。
效应效果
该传感器在PBS中对青霉素V的LOD为50 nM，比无MWCNT对照电极（24 μM）及多数传统pH型传感器低两个数量级以上，响应时间<10 s。电极间灵敏度RSD为7.0%，同一电极样品间RSD为3.0%（n=11）。选择性方面，50 μM氨苄西林相对响应为1.2，而罗红霉素、左氧氟沙星、克林霉素、氟康唑相对响应分别为0.03、0.11、0.13、0.19，且S/N<3，不干扰≥50 nM青霉素V检测。牛奶基质干扰明显，盐析离心后LOD升至24 μM、范围24 μM–0.89 mM。作者认为其可作为水样中β-内酰胺抗生素低成本快速检测替代方法。
传感器的构成
- 基底电极：玻璃碳电极（GCE），提供导电基底与电子转导界面
- 纳米修饰层：羧基化多壁碳纳米管（MWCNTs），增强电子传递并作为固定基质
- 信号探针层：血竭素（hematein），pH敏感氧化还原探针，将局部pH变化转换为电流信号
- 间隔固定层：壳聚糖（chitosan），阳离子聚电解质，通过静电作用组装酶层并改善成膜
- 识别元件层：β-内酰胺酶（β-lactamase/penicillinase），催化青霉素水解并降低局部pH
- 工作介质：1 mM pH 6.8 PBS–0.1 M NaCl，缓冲酶反应并提供离子强度
- 辅助电极：Ag/AgCl参比电极与Pt对电极，组成三电极安培检测体系
中文摘要
本研究采用层层自组装技术，将羧基化多壁碳纳米管（MWCNTs）、血竭素（hematein）和β-内酰胺酶共同固定在玻璃碳电极（GCE）表面，构建了一种灵敏度增强的安培型青霉素生物传感器。固定化β-内酰胺酶催化青霉素水解，使电极表面局部pH下降；血竭素作为pH敏感氧化还原探针，将pH变化转换为可测量的安培电流信号。MWCNTs既作为电子传递增强剂，又作为高效固定基质，用于提高传感器灵敏度。研究考察了固定化方法、工作电位、酶用量、缓冲液浓度和样品基质等因素的影响。该传感器对青霉素V的最低检出限为50 nM（19 μg L−1），比传统pH变化型生物传感器低两个数量级以上，电极间响应灵敏度变异系数为7.0% RSD。
英文摘要
An amperometric penicillin biosensor with enhanced sensitivity was successfully developed by co-immobilization of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs), hematein, and beta-lactamase on glassy carbon electrode using a layer-by-layer assembly technique. Under catalysis of the immobilized enzyme, penicillin was hydrolyzed, decreasing the local pH. The pH change was monitored amperometrically with hematein as a pH-sensitive redox probe. MWCNTs were used as an electron transfer enhancer as well as an efficient immobilization matrix for the sensitivity enhancement. The effects of immobilization procedure, working potential, enzyme quantity, buffer concentration, and sample matrix were investigated. The biosensor offered a minimum detection limit of 50 nM (19 microg L(-1)) for penicillin V, lower than those of the conventional pH change-based biosensors by more than two orders of magnitude. The electrode-to-electrode variation of the response sensitivity was 7.0% RSD.