组成图示
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传感器类型
其他（酶逻辑光学生物传感器）
检测对象
丙氨酸氨基转移酶（ALT）、乳酸脱氢酶（LDH）、肌酸激酶（CK）、乳酸（Lac）；样品基质为人血清（human serum，部分与 Gly-Gly 缓冲液 1:1 混合）
检测原理
该传感器为溶液相酶逻辑光学生物传感器。损伤生物标志物作为输入信号进入人血清/缓冲液体系：肝损伤通道中，ALT 催化丙氨酸与 α-KTG 生成丙酮酸，LDH 将丙酮酸还原为乳酸并氧化 NADH 为 NAD+，导致 340 nm 吸光度下降；只有 ALT 与 LDH 同时达到病理水平时，吸光度低于阈值 0.65，输出 NAND 低电平。软组织损伤通道中，CK 与 PK 级联将 ATP/PEP 转化为丙酮酸，LDH 再消耗 NADH，吸光度下降，阈值 2.1 时输出 NAND。腹部创伤通道中，LDH 催化乳酸氧化并还原 NAD+ 为 NADH，吸光度上升，阈值 2.4 时输出 AND。酶催化级联放大 NADH 变化，UV-vis 按阈值给出 YES/NO 数字输出。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
三个逻辑系统均在人血清或血清/缓冲液混合液中运行，验证了复杂生物基质中的稳健性。LI 采样时间为 20 s，STI 为 350 s，ABT 为 300 s；阈值分别为 0.65、2.1 和 2.4，可清晰区分逻辑 0/1。不同血清样品间存在轻微吸光度差异，主要源于血清透明度不同，但仍能可靠判别。作者指出血清中约 40 μM 丙酮酸可能引起假阳性，乳酸普遍存在，CK 可被 Ca2+、Zn2+、Cu2+、Cl−、PO43− 抑制，因此 STI/ABT 采用 1:1 血清与 Gly-Gly 缓冲液并添加 Mg2+、K+。系统无需标记试剂，作者认为其可竞争免疫分析，并有望发展为植入式电化学传感与按需释药系统。
传感器的构成
- 样品基质：人血清（human serum）与 Gly-Gly 缓冲液（50 mM，pH 8.5）混合，模拟真实生物样品并提供反应介质
- 离子/辅因子层：MgAc2、KOH 提供 Mg2+、K+，维持 CK/PK 活性并抑制血清离子干扰
- 识别输入元件：ALT、LDH、CK、Lac 作为损伤生物标志物输入，按生理/病理浓度触发逻辑门
- 酶促逻辑元件：ALT、LDH、CK、PK 催化级联执行 NAND/AND 布尔逻辑
- 信号报告物：NADH/NAD+ 作为光学报告物，其 340 nm 吸光度变化输出 YES/NO
- 辅助底物：Ala、α-KTG、ATP、PEP、Crt 等参与酶级联，连接输入与 NADH 变化
- 光学读出装置：Shimadzu UV-2450 UV-vis 分光光度计，在 340 nm 监测吸光度并按阈值判断
中文摘要
本研究开发并优化了用于分析肝损伤（LI）、软组织损伤（STI）和腹部创伤（ABT）特征生物标志物的数字生物传感器系统，并在加入损伤生物标志物的人血清溶液中进行性能测试，以模拟真实医学样品。该系统产生“警报”型光学输出信号，以阈值分隔的“是/否”形式给出诊断结果。新方法旨在可靠检测损伤生物标志物，从而在无法立即获得医院治疗的情况下自主作出及时干预决策。通过酶催化反应在不同损伤生物标志物组合下执行布尔 AND/NAND 逻辑操作，实现了高保真生物传感。系统在人血清溶液中的稳定运行验证了其稳健性，这是首次在生物流体中实现化学执行的逻辑分析，也是酶逻辑生物检测向实际生物医学应用迈进的重要一步。
英文摘要
Digital biosensor systems analyzing biomarkers characteristic of liver injury (LI), soft tissue injury (STI) and abdominal trauma (ABT) were developed and optimized for their performance in serum solutions spiked with injury biomarkers in order to mimic real medical samples. The systems produced 'Alert'-type optical output signals in the form of "YES-NO" separated by a threshold value. The new approach aims at the reliable detection of injury biomarkers for making autonomous decisions towards timely therapeutic interventions, particularly in conditions when a hospital treatment is not possible. The enzyme-catalyzed reactions performing Boolean AND/NAND logic operations in the presence of different combinations of the injury biomarkers allowed high-fidelity biosensing. Robustness of the systems was confirmed by their operation in serum solutions, representing the first example of chemically performed logic analysis of biological fluids and a step closer towards practical biomedical applications of enzyme-logic bioassays.