组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
葡萄糖（glucose, D-glucose）；样品基质：酵母发酵液、苹果汁发酵培养基、YEPD无葡萄糖培养基、醋酸缓冲液。
检测原理
该传感器以可溶性PQQ依赖葡萄糖脱氢酶（sPQQ-GDH）为识别元件。葡萄糖在酶活性中心被氧化，PQQ辅因子接受电子/氢，随后通过改性碳黑电极表面的氧化还原功能基团直接传递电子至电极，无需外加电子媒介物。在+0.4 V下，安培电流随葡萄糖浓度增加而增大。lavsan/DAC/PVA扩散限制膜降低底物传质速率，使表观米氏常数提高至12–16 mM，从而扩展线性范围并减少干扰物影响。由于PQQ-GDH不以O2为电子受体，传感器响应不受溶解氧波动影响，可在酵母发酵液中连续监测葡萄糖消耗。
检测灵敏度
LOD: 0.12 mM（S/N = 3）；线性范围: 0.33 mM–5 mM；R^2 = 0.9993；灵敏度: 450 ± 8.5 nA/mM；KappM: 12–16 mM。CP-GDH: 线性范围至0.3 mM；灵敏度: 508 ± 23 nA/mM；KappM: 0.3 mM。
效应效果
该传感器在YEPD无葡萄糖培养基中空白信号<2 nA，4 mM葡萄糖下噪声<5%；每日校准后测定精度约5%，3.8 mM连续5 h标准偏差3.23%。储存半衰期约460 h，48 d后响应仍>100 nA（约15%）。连续运行失活速率：CP-GDH 1.8%/h，CP-GDH/DAC-PVA 1.2%/h。酵母发酵液中葡萄糖消耗速率0.03 mM/min，与参考法0.026 mM/min接近；CP-GOD低氧下失效。与DNS法残糖量相关R^2=0.9938，可快速筛选酵母发酵能力。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：聚对苯二甲酸乙二醇酯（PETF）薄膜上丝网印刷碳浆工作电极（CP），由改性碳黑（CB）与10%聚二氯乙烯（polyvinyl dichloride）丙酮浆液构成，提供直接电子转移（DET）界面。
- 导电/绝缘结构：银浆（MINICO M 4200）导电走线与绝缘膜限定2 mm反应窗口，工作电极面积3.2 mm²。
- 扩散限制/保护膜：氩核径迹蚀刻的拉凡桑（lavsan）膜（10 μm，孔径约1 μm，孔密度1×10^8 cm^-2），预涂醋酸纤维素（DAC）与聚乙烯醇（PVA）混合层，限制底物扩散并提高选择性。
- 识别元件：来自Acinetobacter calcoaceticus LMD 79.41的可溶性PQQ依赖葡萄糖脱氢酶（sPQQ-GDH，1100 U/mL），催化葡萄糖氧化。
- 固定/交联剂：戊二醛（GA）蒸气处理30 min，固定酶并增强稳定性。
- 信号传递：PQQ辅因子与sPQQ-GDH活性中心直接电子转移至改性CB电极，无外加电子媒介物。
- 测量/读出组件：三电极流动池（PMMA），银丝/饱和KCl参比电极（图示标为Ag/AgCl）与Ti对电极，在0.4 V下安培检测。
中文摘要
本文报道了一种基于可溶性吡咯喹啉醌（PQQ）依赖葡萄糖脱氢酶（sPQQ-GDH）的无试剂电化学生物传感器，用于缺氧或氧浓度不稳定介质中的葡萄糖监测。传感器以具有类碳纳米管特征的改性碳黑碳浆电极为工作电极，酶通过戊二醛蒸气固定于醋酸纤维素/聚乙烯醇扩散限制膜上，实现PQQ辅因子与电极间的直接电子转移，无需外加电子媒介物。该传感器对葡萄糖具有宽线性范围，最高可达5 mM，检出限为0.12 mM，且响应不依赖溶解氧。作者将其集成到流动池中，用于葡萄酒酵母发酵过程中葡萄糖的连续在线监测，并证明其葡萄糖消耗速率与常规酵母发酵能力检测方法高度相关（R^2 = 0.9938），可用于快速筛选具有良好发酵能力的酵母菌株。
英文摘要
The pyrroloquinoline quinone (PQQ)-dependent soluble glucose dehydrogenase based carbon paste electrodes were investigated and applied for glucose monitoring in the oxygen deficient media. Reagentless biosensors possessing a wide linear range (up to 5 mM glucose with a detection limit of 0.12 mM) were designed. The oxygen-insensitive response of the biosensor creates the opportunity to use it as a flow-through device for continuous monitoring of glucose in media during the wine yeast fermentation process. The analysis of glucose assimilation rate by yeast strains using the developed biosensor correlated well (R2=0.9938) with convenient yeast testing methods.