组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
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）加标样品及标准缓冲液
检测原理
该传感器采用酶级联反应与铁氰化钾介导的安培检测。样品中的β-半乳糖苷酶加入含0.1 M乳糖的0.05 M柠檬酸缓冲液（pH 4.8）后，催化乳糖水解生成葡萄糖和半乳糖。葡萄糖扩散至电极表面的葡萄糖氧化酶层，被GOD氧化为葡萄糖酸，同时铁氰化钾作为电子介质被还原为亚铁氰化钾（Fe(CN)6^4-）。Fe(CN)6^4-在约-150 mV（vs. Ag/AgCl）的电极表面氧化为Fe(CN)6^3-，产生与葡萄糖生成速率成正比的安培电流。因此β-半乳糖苷酶活性越高，稳态电流越大。聚苯胺层用于固定GOD并提高物理稳定性，未使用核酸扩增或纳米酶放大。
检测灵敏度
LOD: 0.0118 U mL−1；线性范围: 0.0118 U mL−1–0.47 U mL−1；灵敏度斜率: 1895.2 nA/(U mL−1)；R^2 = 0.9937；质量检出限: 1.25 μg mL−1
效应效果
传感器在30 °C、pH 4.8下工作，响应约50 s。连续16次测0.282 U/mL β-gal保持100%初始活性，20次后约90%。4 °C储存第1周稳定，第2周约77%，第3周约65%；另一组3天无损失，第7、10天分别保留90%、80%，长期稳定性受物理稳定性限制。重复性RSD约1.8%，平均0.286 U/mL（±0.005 U/mL）；三个传感器线性范围0.018–0.376 U/mL，R^2为0.9967、0.9981、0.9984。人工肠液加标0.188 U/mL时测得0.185 U/mL，参考法0.19 U/mL，回收率98%，相对偏差2.6%，与分光光度法一致，可用于β-gal活性监测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE），经抛光和电化学预处理，作为工作电极与电子转导基底
- 识别/催化元件：葡萄糖氧化酶（GOD，EC 1.1.3.4）与戊二醛（glutaraldehyde，2.5%）交联固定，催化葡萄糖氧化并介导电子传递
- 修饰/稳定层：聚苯胺（polyaniline，pA），由苯胺（aniline，0.4 M）在0.6 V电聚合90 s形成，减少GOD流失并提高物理稳定性
- 电子介质：铁氰化钾/亚铁氰化钾（K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]，工作缓冲中1 mM ferricyanide），在电极表面氧化还原产生电流
- 反应底物：乳糖（lactose，0.1 M），作为β-半乳糖苷酶作用底物，水解生成葡萄糖
- 工作缓冲：0.05 M柠檬酸缓冲液（citrate buffer，pH 4.8），维持酶活性与电化学环境
中文摘要
β-半乳糖苷酶可将乳糖水解为葡萄糖和半乳糖，因其在医学、食品和环境领域具有生物技术价值，作者提出一种用于监测β-半乳糖苷酶活性的生物传感器体系。该传感器以玻璃碳电极为基底，通过戊二醛交联固定葡萄糖氧化酶，并电聚合苯胺形成稳定层；在0.05 M柠檬酸缓冲液（pH 4.8）中，利用铁氰化钾介导检测乳糖水解产生的葡萄糖。循环伏安法和电化学阻抗谱用于确认固定化步骤。β-半乳糖苷酶在约-150 mV（vs. Ag/AgCl）处被伏安法检测，线性范围为0.0118–0.47 U/mL，响应时间约50 s。结果表明该传感器的电化学性质和分析性能对监测β-半乳糖苷酶活性非常有用且有效。
英文摘要
β-galactosidase splits lactose into glucose and galactose. Because of its biotechnological interest, we presented a biosensor system in order to monitor β-galactosidase activity. Immobilization steps of the biosensor were identified by cyclic voltammograms and electrochemical impedance spectroscopy. β-galactosidase was voltammetrically detected at about +150 mV (vs. Ag/AgCl) in citrate buffer solution (0.05 M, pH 4.8). The linear response for β-galactosidase detection was in the range of 0.0118 U mL(-1)to 0.47 U mL(-1)and a shorter response time of ∼50 s. Our results demonstrated the biosensor's electrochemical properties and analytical characteristics were very useful and effective for monitoring of β-galactosidase activity.