Strategies to extend the lifetime of bioelectrochemical enzyme electrodes for biosensing and biofuel cell applications.

综述或非传感器论文

葡萄糖（glucose）；样品基质：缓冲液、血清、生物燃料电池阳极液/环境样品

该文为综述，未提出单一新传感机制，但归纳了酶电极的典型原理：葡萄糖氧化酶（GOx）识别葡萄糖并催化其氧化，生成过氧化氢（H2O2）或消耗氧气；铂电极通过间接电化学检测H2O2氧化或O2还原产生电流，电流随葡萄糖浓度升高而增大。对于介导型电极，亚甲基蓝（MB）等中介体在酶活性中心与电极间穿梭电子；直接电子转移型则依赖酶与电极可逆接触。延长寿命策略包括固定化、基因工程稳定、冻干多脉冲激活、定期更换含酶电解液，以及工程微生物表面展示或持续分泌GOx，实现催化位点更新与信号维持。

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酶电极具底物选择性，但寿命通常数天至数周。固定化可延长寿命：GOx包埋于聚邻苯二酚/碳纳米管电极，25℃下15天灵敏度稳定，90天保持77.2%；脂肪酶阳极经Nafion微胶囊化稳定1年以上。PQQGDH突变体S415C在55℃半衰期提高36倍以上，燃料电池10 h功率下降20%，野生型下降70%。可更换碳颗粒GOx植入式葡萄糖传感器在缓冲液/血清中寿命约2周，PBS连续4个月，犬体内25天，更换后电流恢复。漆酶阴极液定期更换使2周电位衰减降低74%。微生物展示/分泌GOx在15天或2周内可恢复/维持活性。

酶因具有独特的底物特异性，是生物传感器和生物燃料电池电极中强效催化剂。这种特异性由氨基酸链基于非共价作用形成的复杂三维结构决定，同时也导致酶寿命通常仅为数天至数周。然而，许多电化学应用需要寿命达数月甚至数年。本迷你综述批判性地概述了应对酶寿命短这一限制生物电化学电极整体寿命问题的策略与思路。最常见的方法是稳定酶本身：多种固定化技术通过引入与外部分子的共价或非共价结合力，降低氨基酸链柔性；也可利用基因工程增强蛋白内部结合力，或优化环境以减少去稳定化相互作用。相反，更新失活催化剂可将系统整体寿命与有限酶寿命解耦，从而有望实现理论上无限的电极寿命。可通过反复更换电解液补充活性催化剂；也可整合微生物，使其在表面展示酶或向电解液分泌酶，从而支持长期应用的无人值守供能。