组成图示
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传感器类型
量子点生物传感器
检测对象
胆碱（choline，牛奶样品）、乙酰胆碱（acetylcholine, ACh，血清及磷酸盐缓冲液）
检测原理
胆碱在胆碱氧化酶(ChOx)催化下发生氧化反应并生成过氧化氢(H2O2)；乙酰胆碱(ACh)先由乙酰胆碱酯酶(AChE)水解为胆碱和乙酸，再经 ChOx 氧化产生 H2O2。生成的 H2O2 扩散至 CdTe 量子点(QDs)表面，通过电子转移(ET)过程改变 QDs 表面化学状态，并与表面硫代乙醇酸(TGA)配体作用，形成非荧光态，从而猝灭 575 nm 处荧光。随着被测物浓度升高，酶促反应生成更多 H2O2，QDs 相对荧光强度逐渐降低。以 480 nm 激发、500–650 nm 发射记录荧光，利用相对荧光强度变化定量分析 choline 或 ACh。酶催化步骤使少量底物持续转化为 H2O2，起到信号放大作用。
检测灵敏度
LOD: 胆碱 0.1 μM；ACh 10 μM；线性范围: 胆碱 0.1–0.9 μM 和 5–150 μM，ACh 10–5000 μM（文中亦给出 10–200 μM 与 200–5000 μM 两段）；实际样品: 牛奶中胆碱 5–150 μM，血清中 ACh 10–140 μM
效应效果
该传感器抗干扰能力较好：加入10 mM葡萄糖、20 mM L-乳酸和100 μM抗坏血酸后，QDs荧光无明显变化。实际样品加标检测重现性良好：牛奶中胆碱RSD为0.81%–2.54%(n=5)，回收率98.3%–99.7%；血清中ACh RSD为0.52%–2.52%(n=5)，回收率96.7%–100.0%。作者指出从组装到检测约15 min，响应较快；ACh检测线性范围宽于部分电化学方法，并与比色法、HPLC和毛细管电泳相当。ACh传感器表观Km′为0.20 mM，低于文献值0.87 mM，说明酶在QDs溶液中保持较高活性。
传感器的构成
- 光换能基元：CdTe 量子点(QDs)，提供荧光信号并被 H2O2 猝灭
- 表面配体层：硫代乙醇酸(TGA)，稳定 QDs 表面并参与 H2O2 作用
- 识别催化元件：胆碱氧化酶(ChOx)，催化胆碱氧化生成 H2O2
- 识别转化元件：乙酰胆碱酯酶(AChE)，将 ACh 水解为胆碱和乙酸
- 被测底物：胆碱(choline)或乙酰胆碱(ACh)，来自牛奶或血清样品
- 信号中间体：过氧化氢(H2O2)，酶促反应产物并触发 QDs 荧光猝灭
- 光学读出装置：荧光分光光度计，480 nm 激发并记录 500–650 nm 发射
中文摘要
本文构建了基于过氧化氢(H2O2)敏感量子点(QDs)的简单、快速、高灵敏生物传感器，用于胆碱(choline)和乙酰胆碱(ACh)检测。该传感器由H2O2敏感QDs和酶组成，不需要复杂的功能化或偶联过程。胆碱经酶催化氧化生成H2O2；ACh则先被酶水解为胆碱，再经酶催化产生H2O2。产生的H2O2通过电子转移(ET)过程使QDs荧光受到猝灭，相对荧光强度随被测物浓度升高而下降。胆碱的检测限为0.1 μM，线性范围为0.1–0.9 μM和5–150 μM；ACh的检测限为10 μM，线性范围为10–5000 μM。较宽的线性范围使其适合对胆碱和ACh进行常规分析。实验还对牛奶样品中的胆碱和血清中的ACh进行了检测，线性范围分别为5–150 μM和10–140 μM，两者回收率均接近99%。该生物传感器表现出优良性能，说明该方法可用于实际样品中胆碱和ACh的检测。
英文摘要
In this paper, we have constructed a simple, rapid and sensitive biosensor for detection of choline and acetylcholine (ACh) based on the hydrogen peroxide (H(2)O(2))-sensitive quantum dots (QDs). The detection limit for choline was 0.1 μM and the linear range was 0.1-0.9 μM and 5-150 μM, respectively. The detection limit for ACh was found to be 10 μM and the linear range was 10-5000 μM. The wide linear ranges were shown to be suitable for routine analyses of choline and ACh. Possible mechanism of the fluorescence of QDs quenched by H(2)O(2) was an electron transfer (ET) process. The experimental conditions of biosensors were optimized, and anti-interference ability was also presented. We also detected the choline in milk samples and the linear range was 5-150 μM. The detection linear range of ACh in serum was 10-140 μM. Most importantly, the recovery of choline in milk and ACh in serum samples were both close to 99%. The excellent performance of this biosensor showed that the method can be used in practice detection of choline and ACh.