组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
多种（综述）：葡萄糖(glucose)、过氧化氢(H2O2)、麦芽糖(maltose)、铜离子(Cu2+)、组氨酸标签蛋白(His-tagged proteins)、DNA靶标(DNA target)、光合反应中心(PSII/RC)；样品基质：缓冲液、啤酒、大鼠血清、细菌裂解液
检测原理
本文综述的传感/固定化原理基于IMAC：电极表面通过SAM或导电聚合物引入NTA、ANTA、IDA等螯合基团，再负载Cu2+、Ni2+、Co2+或Zn2+。His标签蛋白经组氨酸残基与金属离子配位，以单点、定向方式固定，保留天然构象与活性。当被测物（底物、配体、抗原或DNA靶标）与固定蛋白结合时，可引发酶催化反应、构象变化或杂交事件，使界面电子转移、质量、厚度或光学信号改变。信号通过直接电子转移、Ru(II)报告基、Os/DCBQ/PMS等介质、荧光-亲和素标记或QCM/SPR/SEIRAS读出；酶催化、导电聚合物、金纳米颗粒、碳纳米管和NABB/纳米盘等结构可放大信号并改善传质。
检测灵敏度
LOD: 37.8（His-MutH）、59.12 μg mL−1（His-MutL）；线性范围: 50–150 μg mL−1（His-MutH）、250 μg mL−1（His-MutL）；灵敏度: 0.5 mA cm−2 mol−1 L（glucose）、656 mA mol−1 L cm−2（catechol）
效应效果
His-IMAC固定化特异性较高：非标签GOx最大电流密度0.48 μA cm−2，标签GOx为3.4 μA cm−2；imidazole洗脱约88%酶并重复5次。PPy-NTA纳米管对Na+无干扰，BSA至10 mg mL−1无响应。MutH/MutL检测中非标签蛋白仅3.6%非特异结合。MBP传感器对麦芽糖响应，葡萄糖、谷氨酰胺、锌不干扰，并在啤酒和大鼠血清中可用。PSII固定化中BSA混合最大电流1 nA，纯PSII约100 pA；Badura体系电流密度14 μA cm−2，较Maly高约1200倍。
传感器的构成
- 基底/换能器：金电极、碳电极、石墨、铂电极、导电聚合物电极，提供电子转移与信号读出界面
- 自组装单分子层：烷硫醇、DTSP、cysteamine、MHDA、DOGS-NTA，在金表面形成有序界面并引入羧基/氨基/NTA
- 螯合修饰层：NTA、ANTA、IDA、Acbztacn/Actacn、羧基化PPy/PPA，螯合过渡金属离子形成IMAC位点
- 金属离子层：Cu2+、Ni2+、Co2+、Zn2+，作为His标签配位中心，实现可逆定向固定
- 识别/生物催化元件：His标签酶（GOx、HRP、AP、NADH oxidase）、His标签蛋白（MBP、FNR、PSII、RC、CcO、rhodopsin）、His标签DNA/寡核苷酸，识别底物、配体或靶标
- 信号标记/电子介质：Ru(II) reporter、[Os(bpy)2pyCl]2+、DCBQ、PMS、ubiquinone-10、biotin-avidin-fluorescence，传递电子或放大光学/电化学信号
- 封闭/抗非特异层：BSA、milk、tri(ethylene glycol) terminated SAM，降低非特异吸附
- 读出/分析模块：CV、amperometry、impedance、QCM/EQCM、SPR、SEIRAS/SERR、fluorescence microscopy，监测结合、质量、厚度或催化电流
中文摘要
开发不影响蛋白催化活性或构象的新型酶固定化技术是生物技术（包括生物传感器应用和异相反应体系）中的重要研究任务。基于固定化金属离子亲和色谱（IMAC）原理的组氨酸标签蛋白固定化是最有前景的受控蛋白固定化方法之一。本文综述了组氨酸标签蛋白在电极表面固定化的现状与未来展望。含组氨酸标签的重组蛋白或富含组氨酸的天然蛋白对过渡金属离子具有强亲和力；在电极表面固定金属离子可采用自组装单分子层或导电聚合物等不同基质。该技术可在温和条件下实现组氨酸标签蛋白在电极上的可逆、定向固定，这是电极与生物分子之间高效电子转移的重要前提。任何需要在电极上固定生物催化剂的应用均可利用该固定化策略，从而在仅需温和酶修饰的情况下，使未来生物传感器和生物催化技术更灵敏、更简单、可重复使用且成本更低。
英文摘要
The development of new enzyme immobilization techniques that do not affect catalytic activity or conformation of a protein is an important research task in biotechnology including biosensor applications and heterogeneous reaction systems. One of the most promising approaches for controlled protein immobilization is based on the immobilized metal ion affinity chromatography (IMAC) principle originally developed for protein purification. Here we describe the current status and future perspectives of immobilization of His-tagged proteins on electrode surfaces. Recombinant proteins comprising histidine-tags or histidine rich native proteins have a strong affinity to transition metal ions. For metal ion immobilization at the electrode surface different matrices can be used such as self-assembled monolayers or conductive polymers. This specific technique allows a reversible immobilization of histidine-tagged proteins at electrodes in a defined orientation which is an important prerequisite for efficient electron transfer between the electrode and the biomolecule. Any application requiring immobilized biocatalysts on electrodes can make use of this immobilization approach, making future biosensors and biocatalytic technologies more sensitive, simpler, reusable and less expensive while only requiring mild enzyme modifications.