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
肌酐（creatinine）、肌酸（creatine）；样品基质：药物产品（pharmaceutical products）和血清（serum）
检测原理
检测基于三酶级联催化与安培换能。被测肌酐扩散进入三酶膜后，先被肌酐酶 E1 催化生成肌酸 P1，再被肌酸酶 E2 催化生成肌氨酸 P2，最后被肌氨酸氧化酶 E3 催化氧化生成过氧化氢 P3。模型在低底物浓度下将 Michaelis–Menten 速率近似为线性项，与扩散方程耦合，描述膜内各组分浓度随时间和膜厚度的非稳态分布。P3 扩散至电极表面发生氧化，产生与 P3 表面梯度成正比的法拉第电流 i=2FD(∂p3/∂x)|x=0。因此底物浓度、膜厚度、扩散系数和酶动力学参数共同决定电流响应；时间足够长时电流趋于稳态。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率及相关系数。
效应效果
本文主要验证数学模型而非实验传感器性能。解析解与 Matlab 数值模拟在各时间、各扩散模块 R1d、R2d、R3d 下高度一致；当 t 趋于无穷时非稳态浓度和电流趋近稳态值，稳态电流与 Kulys 的稳态结果一致。图 4 显示电流随相应扩散模块增大而增大，约 t>20 后达到稳态。作者主张该模型可用于分析三酶膜厚度、酶动力学参数对响应时间和电流的影响，为安培法检测药物和血清中肌酸、肌酐提供理论依据。原文未报告选择性、抗干扰、RSD、加标回收率及与 ELISA/HPLC/qPCR 的对比。
传感器的构成
- 换能器电极：安培电极（amperometric electrode），用于检测过氧化氢氧化产生的电流（原文未给具体电极材料）
- 酶膜：三酶膜（trienzyme membrane），厚度 d，承载三种固定化酶并限制内部扩散
- 催化识别元件1：肌酐酶（creatininase, E1），催化肌酐生成肌酸 P1
- 催化识别元件2：肌酸酶（creatinase, E2），催化肌酸生成肌氨酸 P2
- 催化识别元件3：肌氨酸氧化酶（sarcosine oxidase, E3），催化肌氨酸生成过氧化氢 P3
- 信号标记物：过氧化氢（H2O2, P3），在电极表面氧化产生电流
- 电子供体：过氧化氢（H2O2），作为电化学氧化底物提供电子
中文摘要
本文针对内部扩散受限的三酶生物传感器建立了非稳态数学模型。模型以肌酐生物传感器为例，假设肌酐在肌酐酶（E1）作用下生成肌酸（P1），肌酸在肌酸酶（E2）作用下生成肌氨酸（P2），肌氨酸在肌氨酸氧化酶（E3）作用下生成过氧化氢（P3）。基于含 Michaelis–Menten 动力学线性项的扩散方程，采用复变反演公式求解边界值问题，推导了酶膜中各化合物浓度和生物传感器电流的解析表达式。解析结果与 Matlab 数值模拟高度一致，且当时间趋于无穷时趋近稳态值，从而验证了数学分析的有效性，并为优化酶膜厚度和响应时间提供理论工具。
英文摘要
A mathematical model of trienzyme biosensor at an internal diffusion limitation for a non-steady-state condition has been developed. The model is based on diffusion equations containing a linear term related to Michaelis-Menten kinetics of the enzymatic reaction. Analytical expressions of concentrations and current of compounds in trienzyme membrane are derived. An excellent agreement with simulation data is noted. When time tends to infinity, the analytical expression of non-steady-state concentration and current approaches the steady-state value, thereby confirming the validity of the mathematical analysis. Furthermore, in this work we employ the complex inversion formula to solve the boundary value problem.