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
β-半乳糖苷酶活性（β-galactosidase activity, β-gal）；样品基质：人工肠液（artificial intestinal juice）及标准溶液
检测原理
样品中的β-半乳糖苷酶（β-gal）催化工作缓冲液中的乳糖水解，生成葡萄糖和半乳糖。葡萄糖扩散至玻璃碳电极表面的葡萄糖氧化酶（GOD）固定层，被GOD氧化；GOD的FAD中心发生还原/氧化循环，将电子传递给溶液中的二茂铁（Fc/Fc+）介体。还原态二茂铁在电极表面被氧化，产生计时安培电流增量ΔI。β-gal活性越高，葡萄糖生成速率越快，GOD催化电流越大，因此ΔI与β-gal活性成正比。该体系以GOD作为间接识别/信号转换元件，以Fc作为电子介体，无需直接固定β-gal，实现酶活性的电化学放大检测。
检测灵敏度
线性范围: 0,047–0,329 U/mL；R^2 = 0.9885, 0.9933, 0.9894；斜率: 3620.2, 3549.2, 3629（原文回归式 y=3620.2x–131.87 等）；Table 1 另记线性范围: 4,7×10^-3–3,29×10^-1 μM
效应效果
传感器重复性良好：10次测定0.188 U/mL标准样，平均0.188 U/mL，SD 0.0017 U/mL，CV 1%。三个独立传感器线性范围均为0.047–0.329 U/mL，R^2为0.9885、0.9933、0.9894。35°C孵育5 h保持100%活性，40°C和45°C分别损失8.5%、16%；35°C连续13次无损失，40°C 7次。4°C储存2周无损失，3周、4周保留95.5%、86%；间隔使用第13天损失4.6%。人工肠液加标0.188 U/mL，传感器测得0.18 U/mL，比色法0.195 U/mL，回收率96%，相对差8%。作者认为其比扫描电化学显微镜、伏安法、非病毒转染、19F NMR、显色/荧光底物法和HPLC更快、更简单、更经济，线性范围更宽、检测限更低。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE），工作电极，经0.05 μm Al2O3抛光和0.1 M HNO3循环伏安预处理，提供电子转导界面。
- 酶固定层：葡萄糖氧化酶（GOD，45 U）直接滴涂于GCE表面，催化葡萄糖氧化并介导电子转移。
- 隔离/固定膜：透析膜（dialysis membrane）与O型圈（o-ring）覆盖电极尖端，固定GOD并限制酶泄漏。
- 识别/信号转换元件：GOD的FAD中心，识别并氧化葡萄糖，将电子传递给二茂铁介体。
- 电子介体：二茂铁（ferrocene, Fc/Fc+，1 mM），在GOD反应中被还原/氧化，实现介导电子转移。
- 底物/电子供体：乳糖（lactose，100 mM）作为β-半乳糖苷酶底物，水解生成葡萄糖；葡萄糖作为GOD底物提供电子。
- 工作缓冲液：50 mM柠檬酸缓冲液（pH 4.8），维持GOD与β-半乳糖苷酶活性及离子环境。
- 检测系统：Metrohm VA 746分析仪、Ag/AgCl参比电极和Pt辅助电极，计时安培读取电流。
中文摘要
本文报道了一种基于二茂铁介导的电化学生物传感器用于测定β-半乳糖苷酶活性。葡萄糖氧化酶（GOD）直接固定于玻璃碳电极表面，并以透析膜和O型圈覆盖形成生物活性层。传感器利用GOD对葡萄糖的氧化反应及二茂铁（Fc）介导电子转移：样品中β-半乳糖苷酶催化乳糖水解生成葡萄糖，葡萄糖进入GOD层被氧化，电子经Fc传递至电极，产生计时安培电流。研究优化了GOD用量、Fc浓度、乳糖浓度、pH、缓冲液浓度和温度等参数，确定最佳条件为45 U GOD、1 mM Fc、100 mM乳糖、pH 4.8、50 mM柠檬酸缓冲液、35°C。该传感器在0.047–0.329 U/mL范围内对β-半乳糖苷酶活性呈线性响应，并成功应用于人工肠液中β-半乳糖苷酶活性的测定。
英文摘要
Abstract: In this paper, a new viewpoint on the activity determination of β-galactosidase is reported. Glucose oxidase was directly immobilized on a glassy carbon electrode and mediated by ferrocene. The biosensor's performance was based on mediated electron transfer by ferrocene, which reduced via glucose oxidase reaction. In this reaction, substrate of glucose oxidase, glucose was provided by the activity of β-galactosidase in the sample. The parameters of the fabrication process for the electrode were optimized. Experimental conditions influencing the biosensor performance, such as pH, ferrocene and lactose concentrations, and temperature, were investigated and assessed. Finally, the biosensor was successfully applied to determination of β-galactosidase activity of artificial intestinal juice.