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
综述或非传感器论文
检测对象
检测对象涵盖葡萄糖(glucose)、过氧化氢(H2O2)、胆固醇(cholesterol)、尿素(urea)、甘油三酯/三丁酸甘油酯(triglyceride/tributyrin)、NADH、丙酮酸(pyruvate)、DNA序列(complementary DNA)、IgG、甲胎蛋白(AFP)、髓鞘碱性蛋白(MBP)、白蛋白(albumin)、杀虫剂/农药(cypermethrin、trichlorfon、chlorpyrifos、malathion)、三氧化二砷(arsenic trioxide)、苯酚/苯甲酸(phenol/benzoic acid)、超氧阴离子(superoxide)、抗坏血酸(AA)、胆碱(choline)等；样品基质包括血液/血清、生物流体、环境水样、食品/环境样品及分子/细胞裂解液。
检测原理
PANI作为导电聚合物，其氧化还原态和质子化/掺杂状态可随界面化学环境可逆变化，从而改变电导、电容、电位或光学信号。在酶传感器中，GOx、HRP、ChOx等催化底物反应生成H2O2或改变pH，PANI通过其离域极化子/双极化子结构在酶活性中心与电极间介导电子转移，实现无外加扩散介质的直接电子转移；安培电流或电位变化随底物浓度增加。在DNA/免疫传感器中，ssDNA杂交或抗体-抗原结合改变PANI界面电荷、双电层和阻抗，导致电容或阻抗响应。纳米球、纳米管、纳米纤维等结构增大界面面积、缩短传质路径，胶体金-PANI可增强导电信号，从而放大响应。
检测灵敏度
综述报道多组数值：葡萄糖PANI-NT/Pt灵敏度97.18 ± 4.62 μA mM−1 cm−2，响应3 s；胆固醇ChOx/PANI-NS/ITO灵敏度1.3 × 10−3 mA mg−1 dL，Kapp_m 2.5 mM，响应10 s；甘油三酯LIP/Glu/PANI-NT/ITO灵敏度2.59 × 10−3 kΩ−1 mg−1 dL，响应20 s；DNA-SWV线性范围275–551 μg mL−1，LOD 29.34 μg mL−1；PANI纳米线DNA LOD 1.0 × 10−12 mol L−1；纳米结构PANI DNA LOD 0.5 × 10−15 M；PNA-PANI/Au LOD 0.125 × 10−18 M；IgG电容传感器线性5–5 × 10^5 ng mL−1，LOD 1.87 ng mL−1；AFP阻抗线性200–800 ng mL−1；压电IgG 500 ng mL−1–25 μg mL−1；苯酚/苯甲酸2 × 10−7 M；三氧化二砷0.1–10.0 ppm；cypermethrin 0.005 ppm、trichlorfon 0.01 ppm、chlorpyrifos 0.5 ppb、malathion 0.01 ppm。
效应效果
综述总结的PANI生物传感器普遍具有较高选择性和稳定性：葡萄糖PANI-NT/Pt可区分常见干扰物；PANI-GOx电极在100次连续测量和100天间歇使用后无明显活性损失；胆固醇PANI-NS生物电极货架期12周，甘油三酯PANI-NT货架期10周；DNA传感器可在30 min或60 s内完成杂交检测，PNA-PANI/Au特异性较DNA-PANI/Au提高1000倍；压电IgG传感器非特异结合约10%；胶体金-PANI信号发生器使电导信号放大4.7倍；农药/砷传感器稳定性可达4–6个月。作者认为PANI低成本、环境稳定、可调控导电性和直接电子转移能力，适合构建无介质、高灵敏、快速响应的第三代生物传感器。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极(GCE)、铂(Pt)、ITO、FTO、金(Au)、印刷电极(SPE)、硼掺杂金刚石等，提供电子传导与信号读出基础
- 导电聚合物修饰层：聚苯胺(PANI)薄膜或纳米结构，作为生物分子固定基质和电子转移介质
- 掺杂/成膜助剂：聚乙烯基砜(PVS)、十二烷基苯磺酸(DBSA)、蒽磺酸(ASA)、樟脑磺酸(CSA)、聚苯乙烯磺酸(PSS)、高氯酸根(ClO4−)等，调控PANI导电性、形貌与生物相容性
- 纳米结构层：PANI纳米球、纳米管、纳米纤维、纳米线、花椰菜状或反蛋白石结构，增大界面面积并缩短传质路径
- 识别元件：葡萄糖氧化酶(GOx)、辣根过氧化物酶(HRP)、胆固醇氧化酶(ChOx)、胆固醇酯酶(ChEt)、脂肪酶(LIP)、乳酸脱氢酶(LDH)、抗体(IgG、anti-HIgG、anti-AFP)、DNA/PNA探针等，负责特异性识别或催化
- 交联/封闭/表面活性剂：戊二醛、EDC-NHS、TX-100等，用于共价固定、界面修饰或改善酶构象
- 信号标记/放大元件：PANI自身作为无扩散介质电子转移介质；亚甲蓝指示剂；胶体金-PANI信号发生器，用于增强电化学或电导信号
中文摘要
本文对聚苯胺（PANI）作为生物传感器换能材料在生物传感应用中的近期进展进行了详细综述。这种导电聚合物为生物分子的结合、生物催化性能的调控、快速电子转移以及直接电子通信提供了广阔机会，从而可产生多种分析信号并拓展新的分析应用。文章讨论了酶、核酸、抗体等不同生物分子的特异性与该现代导电基质关键性能相结合后所形成的生物传感器设计及其生物传感特性。文中还着力讨论并探索了PANI中促成直接电子转移、进而实现无介质生物传感器制备的各种特性。
英文摘要
The present paper contains a detailed overview of recent advances relating to polyaniline (PANI) as a transducer material for biosensor applications. This conducting polymer provides enormous opportunities for binding biomolecules, tuning their bio-catalytic properties, rapid electron transfer and direct communication to produce a range of analytical signals and new analytical applications. Merging the specific nature of different biomolecules (enzymes, nucleic acids, antibodies, etc.) and the key properties of this modern conducting matrix, possible biosensor designs and their biosensing characteristics have been discussed. Efforts have been made to discuss and explore various characteristics of PANI responsible for direct electron transfer leading towards fabrication of mediator-less biosensors.