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
细胞膜（cell membrane，CHO 细胞膜，样品基质：PBS 中活细胞）、过氧化氢（H2O2，样品基质：PBS 缓冲液/金晶圆表面）
检测原理
该传感器以金涂层 AFM 悬臂为纳米电极，表面电聚合聚邻苯二胺（PPD）膜并包埋过氧化物酶（PODs）。当探针接触细胞膜或含过氧化氢（H2O2）的表面时，PODs 催化 H2O2 的还原/氧化以及 HQ 的氧化，发生生物电催化电子转移，在施加电位下产生安培电流。HQ 作为 H2O2 内源，AQ 在金晶圆上被电化学还原再生 HQ，形成介导电子循环，提高电子传递效率。电流强度随 H2O2 或膜相关底物浓度增加而增大；AFM 同步扫描，将每个像素的电流与形貌关联，实现空间分辨的膜功能映射。
检测灵敏度
线性范围: 0.05 mM–1 mM；灵敏度: 1.5 ± 0.2 μA/mM；相关系数: 0.8639；Kmapp: 0.037 ± 0.003 mM
效应效果
传感器在 0.05–1 mM 范围内线性，灵敏度 1.5±0.2 μA/mM，相关系数 0.8639，Kmapp 0.037±0.003 mM。0.5 mM L-精氨酸、L-半胱氨酸和抗坏血酸分别产生 H2O2 响应的 80%、86% 和 76%，存在干扰。同一探针在 0 与 -50 mV 间 4 次切换验证可逆性；酶负载 0.07±0.02 mg，一天浸提低于检测限。纳米电极底物电流约 40±5 nA，空白 +20±5 至 -30±5 nA，-50 mV 偏差 35±5 nA（n=3），稳态 1±0.2 s。作者认为其可用于纳米空间分辨的细胞膜功能研究。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金涂层 AFM 悬臂（C-Au），作为纳米电极与接触式形貌探针
- 导电聚合物修饰层：聚邻苯二胺（PPD）膜，由邻苯二胺（o-phenylenediamine）在 0.65 V 电聚合形成，包埋酶并允许底物扩散
- 识别/催化元件：过氧化物酶（PODs），催化 H2O2 与 HQ 的氧化还原反应，产生生物电催化电流
- 电子供体/底物：对苯二酚-2-羧酸（HQ），作为 H2O2 内源，被 PODs 氧化生成 H2O2
- 再生介质：蒽醌-2-羧酸（AQ），固定于金晶圆（Au wafer）表面，电化学还原再生 HQ
- 对电极/样品基底：金晶圆（Au wafer），作为 AFM 扫描基底与对电极，可承载 AQ 或细胞
- 参比电极：Ag/AgCl 电极，提供电位参考
- 读出系统：AFM 接触模式与安培电位计（Autolab PGSTAT 100），同步输出形貌和电流
中文摘要
为理解细胞膜功能，需要多参数关联技术。本文报道一种微型安培酶学生物传感器及其制备，用于细胞膜的电化学与形貌同步研究。该传感器由扫描力显微镜（AFM）金涂层悬臂和过氧化物酶（PODs）酶转导层组成，酶层通过邻苯二胺电聚合形成的聚邻苯二胺（PPD）膜包埋固定。当探针接触底物或细胞膜时，PODs 催化特异性氧化还原反应并产生电流，电流强度可与表面成像同步检测。传感器表征选用对苯二酚-2-羧酸（HQ）作为过氧化氢（H2O2）内源，蒽醌-2-羧酸（AQ）通过电化学还原再生 HQ。该传感器在 1±0.2 s 内达到稳态电流，可用于活细胞膜局部生物电催化活性的空间分辨研究。
英文摘要
The investigation of the plasma membrane with intercorrelated multiparameter techniques is a prerequisite for understanding its function. Presented here, is a simultaneous electrochemical and topographic study of the cell membrane using a miniaturized amperometric enzymatic biosensor. The fabrication of this biosensor is also reported. The biosensor combines a scanning force microscopy (AFM) gold-coated cantilever and an enzymatic transducer layer of peroxidases (PODs). When these enzymes are brought in contact with the substrate, the specific redox reaction produces an electric current. The intensity of this current is detected simultaneously with the surface imaging. For sensor characterization, hydroquinone-2-carboxylic acid (HQ) is selected as an intrinsic source of H(2)O(2). HQ has been electrochemically regenerated by the reduction of antraquinone-2-carboxylic acid (AQ). The biosensor reaches the steady state value of the current intensity in 1 ± 0.2s.