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
三磷酸腺苷（ATP, adenosine triphosphate）；样品基质：含11 mM葡萄糖的Krebs缓冲液（pH 7.4）、离体回肠/结肠组织黏膜表面释放的ATP（复杂生物基质，含蛋白和黏液）
检测原理
该传感器基于双酶竞争反应与恒电位安培检测。HEX作为识别元件，特异性催化ATP与葡萄糖反应生成葡萄糖-6-磷酸和ADP，从而消耗葡萄糖；GOx作为信号酶，催化葡萄糖氧化生成H2O2。在含固定浓度葡萄糖（11 mM）的Krebs缓冲液中，无ATP时GOx持续消耗葡萄糖并产生H2O2，H2O2在Pt微电极+750 mV下发生电化学反应产生稳定电流。当ATP浓度升高时，HEX对葡萄糖的竞争增强，GOx可用葡萄糖减少，H2O2生成降低，电极电流下降。ATP信号以11 mM葡萄糖响应电流与ATP响应电流之差表示，随ATP浓度增加而增大。电聚合酚膜包埋酶并限制抗坏血酸、多巴胺、5-羟色胺等干扰物接近电极，提高选择性。
检测灵敏度
LOD: 9.9 ± 3.2 nM；线性范围: 0.25–4 μM；灵敏度: 45.8 ± 1.22 pA μM−1
效应效果
该传感器对常见生物干扰物选择性良好：1 mM抗坏血酸、5 μM多巴胺、5 μM5-羟色胺、5 μM ADP和5 μM AMP存在时ATP响应无明显变化，无需哨兵电极即可用于组织记录。稳定性方面，11 mM葡萄糖响应20 min内稳定，10个传感器间RSD为5.27%；7天后ATP校准灵敏度损失23.9±3.6%，优于文献HEX/GOx传感器7天35–55%的损失。在含蛋白和黏液的复杂生物基质中，回肠组织体外记录5 h内无显著信号衰减。应用上，传感器检测离体回肠与结肠黏膜ATP释放，回肠释放量显著高于结肠（p<0.05, n=10），作者认为其可用于长期选择性监测其他生物系统中的ATP。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：50 μm Teflon 绝缘铂丝（Pt microelectrode），经27G针固定与抛光，用于恒电位安培检测H2O2
- 修饰/固定层：电聚合酚膜（poly-phenol film，phenol），包埋酶并限制干扰物
- 识别元件：己糖激酶（HEX），特异性消耗ATP并竞争葡萄糖
- 信号酶：葡萄糖氧化酶（GOx），催化葡萄糖氧化生成H2O2
- 底物/电子供体：葡萄糖（glucose，11 mM Krebs buffer），被GOx氧化，其消耗受ATP竞争调节
- 信号产物：过氧化氢（H2O2），在Pt电极+750 mV下电化学反应产生电流
- 测量电极系统：Ag|AgCl参比电极与Pt辅助电极，用于三电极恒电位安培测量
中文摘要
本研究开发了一种稳定且选择性良好的三磷酸腺苷（ATP）微电极生物传感器，用于体外组织长期监测。该传感器通过在铂（Pt）微电极表面电聚合酚膜，并将葡萄糖氧化酶（GOx）和己糖激酶（HEX）包埋于膜中制备而成。在固定葡萄糖浓度下，传感器响应可稳定超过20 min；检测限为9.9±3.2 nM，灵敏度为45.8±1.22 pA μM−1。重要的是，在1 mM抗坏血酸、5 μM多巴胺、5 μM5-羟色胺、5 μM ADP和5 μM AMP存在时，ATP传感器响应无明显变化。传感器在7天内具有良好稳定性，灵敏度仅损失23.92±3.55%。该传感器被用于体外检测胃肠道组织释放的ATP；在回肠组织体外记录中，响应可稳定维持5 h。结果显示，回肠黏膜表面释放的ATP高于结肠。
英文摘要
We have developed a stable and selective ATP biosensor for long-term in vitro tissue monitoring. The electrode was fabricated by entrapping glucose oxidase (GOx) and hexokinase (HEX) in a poly-phenol film on a Pt microelectrode. The biosensor was stable to a fixed concentration of glucose for over 20 min and had a limit of detection of 9.9 ± 3.2 nM, with a sensitivity of 45.8 ± 1.22 pA μM(-1). Most significantly of all, the response on the ATP biosensor did not alter in the presence of 1mM ascorbic acid, 5 μM dopamine, 5 μM serotonin, 5 μM ADP and 5 μM AMP. The ATP biosensor was also shown to have excellent stability over 7 days, and showed only a 23.92 ± 3.55% loss in sensitivity. The ATP biosensor was utilised for the in vitro detection of ATP from gastrointestinal tissue. The ATP biosensor response was stable for 5h during in vitro recordings from ileum tissue. ATP release was shown to be greater from the mucosal surface in the ileum compared to the colon.