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
葡萄糖（glucose）、D-丝氨酸（d-serine）、谷氨酸（glutamate）；样品基质：PBS 缓冲液及大鼠额叶皮层脑细胞外液
检测原理
被测底物（葡萄糖、D-丝氨酸或谷氨酸）从样品基质扩散穿过聚氨酯膜和 PEGDE-BSA 交联膜，进入含氧化酶的识别层。GOx、DAAO 或 GluOx 分别催化底物氧化，生成 H2O2。H2O2 再扩散穿过 PPD 屏蔽层到达 Pt/Ir 微电极表面，在 +500 mV 恒电位下发生氧化，产生与底物浓度成正比的安培电流。PPD 层阻挡 5-HT、多巴胺、抗坏血酸等内源可氧化物，提高选择性；PEGDE 通过双环氧基与蛋白氨基/羧基共价交联，形成稳定酶膜。该体系无外源标记，信号放大依赖酶催化和 H2O2 电化学氧化。
检测灵敏度
葡萄糖：LOD: ~1 nM（3×噪声）；线性范围: 0–400 μM；灵敏度: 12.3±3.8 pA/μM；I(pA)=9.80×C(μM)+42.08，R=0.998。D-丝氨酸：LOD: ~0.8 nM；线性范围: 0–200 μM；灵敏度: 15.3±4.0 pA/μM；I(pA)=13.0×C(μM)+48.7，R=0.998。谷氨酸：LOD: ~0.8 nM；线性范围: 0–100 μM；灵敏度: 14.4±5.2 pA/μM；I(pA)=10.2×C(μM)+16.2，R=0.998。
效应效果
PEGDE 传感器响应时间为葡萄糖 3.1±1.2 s、D-丝氨酸 3.7±0.9 s、谷氨酸 3.6±0.5 s，CV 约 12%。4°C 干存 3 个月稳定，37°C 3 d 后灵敏度增加 23±17%。PPD 层使 5-HT 响应低于 1.2 μA·mM−1 cm−2；37°C 3 d 后 PEGDE 组 0.2±0.3，低于戊二醛组 1.8±0.9。葡萄糖传感器灵敏度 147±45 μA·mM−1 cm−2，高于戊二醛组 106±29。体内大鼠脑葡萄糖基线 0.68±0.15 mM，胰岛素后降至 0.19±0.05 mM，葡萄糖后升至 1.1±0.2 mM，证明可用于脑内监测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：90% Pt/10% Ir 微丝（Pt/Ir wire），直径 25 μm，插入玻璃毛细管并伸出约 100 μm，用于电子转导和 H2O2 氧化
- 屏蔽层：电聚合聚邻苯二胺（PPD, poly-m-phenylenediamine）层，在 100 mM m-phenylenediamine PBS 中 +700 mV 电聚合 20 min，阻挡内源可氧化物
- 交联固定层：聚乙二醇二缩水甘油醚（PEGDE）与 BSA、甘油在 PBS 中混合，55°C 2 h 固化，双环氧基与蛋白氨基/羧基/羟基共价交联
- 识别元件：葡萄糖氧化酶（GOx）、D-氨基酸氧化酶（DAAO）或谷氨酸氧化酶（GluOx），催化底物氧化生成 H2O2
- 保护/限域膜：聚氨酯（polyurethane, PU）膜，5% PU/THF 浸涂四次，用于扩大动态范围并防止脑内生物污染
- 信号中间体：H2O2，由酶催化产生并在 Pt 电极表面氧化，无外源标记物
中文摘要
聚乙二醇二缩水甘油醚（PEGDE）常用作含氨基、羟基或羧基聚合物的交联添加剂，但单独用于生物传感器蛋白固定尚未被充分研究。本文报道了利用 PEGDE 将葡萄糖氧化酶、D-氨基酸氧化酶和谷氨酸氧化酶共价固定于铂微电极，制备微电极生物传感器。所得传感器具有较高灵敏度和秒级响应时间，足以用于观察体内生物过程。酶活性在 4°C 保存数月及 37°C 至少 3 天内保持稳定。将葡萄糖微电极生物传感器植入麻醉大鼠中枢神经系统后，可可靠监测胰岛素和葡萄糖依次给药引起的脑葡萄糖水平变化。PEGDE 为制备体内微电极生物传感器提供了简单、低成本、低毒的替代方案。
英文摘要
Poly(ethylene glycol) diglycidyl ether (PEGDE) is widely used as an additive for cross-linking polymers bearing amine, hydroxyl, or carboxyl groups. However, the idea of using PEGDE alone for immobilizing proteins on biosensors has never been thoroughly explored. We report the successful fabrication of microelectrode biosensors based on glucose oxidase, d-amino acid oxidase, and glutamate oxidase immobilized using PEGDE. We found that biosensors made with PEGDE exhibited high sensitivity and a response time on the order of seconds, which is sufficient for observing biological processes in vivo. The enzymatic activity on these biosensors was highly stable over several months when they were stored at 4 °C, and over at least 3d at 37 °C. Glucose microelectrode biosensors implanted in the central nervous system of anesthetized rats reliably monitored changes in brain glucose levels induced by sequential administration of insulin and glucose. PEGDE provides a simple, low cost, non-toxic alternative for the preparation of in vivo microelectrode biosensors.