组成图示
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传感器类型
量子点生物传感器
检测对象
苯酚（phenol）；样品基质：PBS 缓冲液（pH 7.4，30 °C），面向废水排放水样
检测原理
苯酚进入 PEG 水凝胶微阵列后，被包埋的酪氨酸酶催化氧化：苯酚先经分子氧羟基化生成儿茶酚，再脱氢生成邻醌。邻醌作为电子受体可吸附于 CdSe/ZnS 量子点表面，通过表面吸附和电子转移过程淬灭量子点在 585 nm 处的荧光。随着苯酚浓度升高，单位时间内生成的邻醌增多，量子点荧光强度 F 相对初始荧光 F0 的比值 F/F0 下降。系统以荧光显微镜或荧光光谱仪读取 585 nm 荧光强度，将光学信号转换为苯酚浓度。该过程利用酶催化连续产生醌，实现信号放大；水凝胶网络限制酶和量子点泄漏，同时允许小分子苯酚扩散进入。
检测灵敏度
LOD: 1.0 mM；线性范围: 0–20 mM 和 20–50 mM；Vmax: 0.0062 s-1；表观 Km: 0.465 mM。自由溶液验证：LOD: about 10 nM；线性范围: up to ~10 mM；Vmax: 0.012 s-1；Km: 0.13 mM。微流控通道：线性范围: up to 10 mM。
效应效果
该传感器在 PBS 中可重复检测苯酚，三个独立制备的微阵列对同一浓度苯酚的 F/F0–时间响应一致，表明无明显器件间误差。一周内重复使用并保持约 84% 的初始灵敏度；每次反应后用 PBS 洗涤，QD 荧光可完全恢复，且未检测到酶或 QD 泄漏。器件在 pH 5–9 和 30–50 °C 范围内保持超过 80% 的最佳灵敏度。微阵列因水凝胶质量传输限制，初始反应速率约为自由溶液体系的 1/5，但检出限 1.0 mM 达到美国环保署估算的废水排放限值。系统可集成于 PDMS 微流控通道，在注射泵驱动下稳定工作，作者认为其可作为苯酚检测微全分析系统（m-TAS）的初步模块，并可通过不同微阵列并行检测多分析物。
传感器的构成
- 基底：玻璃基底（glass substrate），表面经 3-(三氯硅基)丙基甲基丙烯酸酯（TPM）修饰，形成表面接枝甲基丙烯酸酯基团，与水凝胶共价结合以增强粘附
- 微流控通道：PDMS 微通道（约 300 μm 宽、50 μm 深），由 SU-8 母版模压并经氧等离子体与玻璃密封，TPM 处理增强水凝胶粘附，用于流动进样
- 水凝胶微阵列：聚乙二醇二丙烯酸酯（PEG-DA，MW 575）在 PBS 中 50% w/v，含光引发剂 2-羟基-2-甲基丙苯酮（HOMPP），经 365 nm UV 光刻交联形成微图案，包埋酶与量子点并提供透明惰性水环境
- 催化识别元件：酪氨酸酶（tyrosinase，蘑菇来源，1000 U/mg），包埋于水凝胶微阵列中，催化苯酚氧化生成邻醌
- 信号标记物：CdSe/ZnS 量子点（QDs，Qdot ITK，发射 585 nm，羧基聚合物包覆），包埋于水凝胶中提供荧光，被醌吸附后发生荧光淬灭
- 反应介质：磷酸盐缓冲液（PBS，0.1 M，pH 7.4，30 °C）溶解苯酚，提供酶促反应缓冲环境
- 信号读出：荧光显微镜（Zeiss Axiovert 200 配 CCD）或荧光光谱仪（QM-1）测量 585 nm 荧光强度，以 F/F0 表征苯酚响应
中文摘要
本文报道了一种用于检测苯酚的水凝胶微阵列生物传感器。苯酚及其衍生物是工业废水中的有毒污染物，传统色谱法成本高且耗时，因此需要简单、灵敏、便携的检测方法。作者通过光刻图案化含聚乙二醇二丙烯酸酯（PEG-DA）、光引发剂、酪氨酸酶和 CdSe/ZnS 量子点（QDs）的溶液，制备出 PEG 水凝胶微阵列。在光诱导交联过程中，酪氨酸酶和 QDs 被包埋于水凝胶微阵列内，使微阵列具有荧光并对苯酚产生响应。包埋的酪氨酸酶可催化苯酚氧化生成醌，醌作为电子受体吸附于 QDs 表面并淬灭其荧光。水凝胶微阵列的荧光强度随苯酚浓度增加而线性下降，系统检出限为 1.0 mM，接近美国环保署估算的废水排放限值。该微阵列还可集成到微流控通道中，为构建苯酚检测微全分析系统（m-TAS）提供了初步方案。
英文摘要
This paper describes the use of microarray-based biosensor system for the determination of phenol. Microarrays based on poly(ethylene glycol)(PEG) hydrogel were prepared by photopatterning of a solution containing PEG diacrylate (PEG-DA), photoinitiator, tyrosinase, and CdSe/ZnS quantum dots (QDs). During photo-induced crosslinking, tyrosinase and QDs were entrapped within the hydrogel microarrays, making the hydrogel microarray fluorescent and responsive to phenol. The entrapped tyrosinase could carry out enzyme-catalyzed oxidation of phenol to produce quinones, which subsequently quenched the fluorescence of QDs within hydrogel microarray. The fluorescence intensity of the hydrogel microarrays decreased linearly according to phenol concentration and the detection limit of this system was found to be 1.0 μM. The microarray system presented in this study could be combined with a microfluidic device as an initial step to create a phenol-detecting "micro-total-analysis-system (μ-TAS)".