组成图示
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传感器类型
荧光生物传感器
检测对象
胆固醇（cholesterol）；样品基质：10% (v/v) 异丙醇/1% (v/v) Thesit/DI water 标准溶液（用于模拟高胆固醇血症检测）
检测原理
该传感器以 ChOx 为识别元件，以 PtOEP 为氧敏感光学探针。胆固醇进入反应体系后，被 ChOx 催化氧化生成胆甾烯酮和 H2O2，同时消耗溶解氧。PtOEP 的磷光/荧光可被 O2 动态淬灭，O2 浓度降低时淬灭减弱，648 nm 发射强度升高。通过 535 nm 激发并监测 648 nm 发射，利用 Stern–Volmer 关系 I0/I = 1 + KSV[O2] 将氧浓度变化转换为 I0/I 比值。胆固醇浓度越高，O2 消耗越多，磷光增强越大，从而实现胆固醇的荧光定量检测。
检测灵敏度
LOD: <1.25 mM cholesterol；线性范围: 1.25–10 mM cholesterol；R^2 = 0.996 (1.25–3.75 mM), 0.976 (1.25–6 mM), 0.959 (1.25–10 mM)；O2线性范围: 0.77–2.5 mM O2；KSV: 0.097/mM O2；O2 Stern–Volmer R^2 = 0.991
效应效果
该传感器在 10% 异丙醇/1% Thesit 介质中检测胆固醇，响应时间约 10 min，氧响应可逆且无滞后。胆固醇本身对 PtOEP 吸收与发射无光学干扰；但 Thesit 会促进 PtOEP 泄漏，0.3% 增至 1% 时泄漏增加 0.38%，1% Thesit/10% 异丙醇中 17 d 累计泄漏最大 1.78%，限制重复使用。BSA 模型蛋白经 EDC–NHS 偶联后 26 h 湿存仅泄漏 0.114%；GOx 模型酶 3 周活性由 145.95 U/mL 降至 133.8 U/mL，下降约 8.29%。作者称其在 pH 7.4、25 °C 下性能优于现有光学胆固醇传感器，适用于高胆固醇血症体外筛查。
传感器的构成
- 基底微球：藻酸盐-二氧化硅介孔微球（Algilica microspheres），由海藻酸钠（alginate）与 3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（GPTS）氨催化缩合形成，提供介孔载体与亲水/疏水微环境
- 染料负载层：Pt(II)-八乙基卟啉（PtOEP）通过溶剂介导沉淀法负载于 Algilica 微球，作为氧敏感磷光/荧光探针
- 识别元件：胆固醇氧化酶（ChOx）通过 EDC/NHS 羰基亚胺偶联共价固定于 PtOEP/Algilica 微球，催化胆固醇氧化并消耗 O2
- 交联偶联剂：EDC 与 NHS 用于活化藻酸盐羧基并与 ChOx 氨基形成酰胺键，提高固定稳定性
- 抗泄漏涂层：聚烯丙基胺盐酸盐（PAH）与聚苯乙烯磺酸钠（PSS）通过层层自组装（LBL）形成多层膜，减少 ChOx 与 PtOEP 泄漏
中文摘要
胆固醇水平监测对冠心病、动脉粥样硬化、糖尿病和阻塞性黄疸等疾病诊断具有重要意义。本研究开发了一种基于自组装介孔藻酸盐-二氧化硅（Algilica）微球的荧光胆固醇生物传感器。首先采用溶剂介导沉淀法将氧敏感金属卟啉染料 Pt(II)-八乙基卟啉（PtOEP）负载到 Algilica 微球中；随后利用 EDC 和 NHS 试剂将胆固醇氧化酶（ChOx）共价偶联到 PtOEP/Algilica 微球表面。对染料与酶的封装、酶活性和稳定性进行了表征，并采用聚烯丙基胺盐酸盐（PAH）和聚苯乙烯磺酸钠（PSS）进行层层自组装，以减少传感组分泄漏。所制备传感器在 0.77–2.5 mM O2 范围内呈线性响应，Stern–Volmer 常数 KSV 为 0.097/mM O2；对标准胆固醇的线性分析范围为 1.25–10 mM，相关系数分别为 0.996（1.25–3.75 mM）、0.976（1.25–6 mM）和 0.959（1.25–10 mM），响应时间为 10 min。结果表明该传感器在高胆固醇血症诊断中具有应用潜力。
英文摘要
Cholesterol determination in body is important in diagnosis of diseases like coronary heart disease, arteriosclerosis, diabetes, and obstructive jaundice. This research aims at developing fluorimetric cholesterol biosensors based on self-assembled mesoporous alginate-silica (Algilica) microspheres. For preparing the biosensor, Pt-(II)-octaethylporphine (PtOEP; oxygen sensitive metalloporphyrin) dye has been loaded in the Algilica microspheres using the solvent-mediated precipitation method. Cholesterol oxidase (ChOx) was then covalently conjugated to PtOEP/Algilica microspheres using EDC and NHS reagents. PtOEP dye and enzyme encapsulation, activity and stability were then analyzed. Layer-by-layer self-assembly was finally performed using PAH and PSS polyelectrolytes to minimize leaching of the biosensor components. The prepared biosensor exhibited linearity over a range of 0.77-2.5 mM O(2) (K(SV) : 0.097/mM of O(2) ) obtained using from Stern-Volmer plots. The biosensor response to standard cholesterol displayed a linear analytical range from 1.25 to 10 mM of cholesterol with regression coefficient of 0.996 (1.25-3.75 mM), 0.976 (1.25-6 mM), and 0.959 (1.25-10 mM) and response time of 10 min. Thus, the prepared cholesterol biosensor shows great potential in the diagnosis of hypercholesterolemia.