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
葡萄糖(glucose)、乳酸(L-lactate)、乙醇(alcohol)、酚类(phenols)、硫醇(thiols)、硫离子(sulfide ion)、苯肼(phenylhydrazine)、糖类(sugars, glucose/mannose)、抗原(antigens, fluorescein/IgG/staphylococcal enterotoxin B)；样品基质：缓冲液、稀释血清(diluted serum)、水样/溶液
检测原理
该综述所述传感器主要基于生物亲和层层自组装。亲和素/链霉亲和素与生物素标记酶交替沉积，或Con A与糖/糖蛋白交替沉积，在电极或光学探针表面形成多层蛋白架构。被测物进入薄膜后与固定酶发生特异性识别或催化反应：如葡萄糖被GOx氧化生成H2O2，H2O2在HRP或介体存在下发生电化学还原/氧化，产生与浓度相关的电流；酚类、硫醇等可抑制或参与HRP介导反应，改变电流。糖类可与Con A竞争结合，使Con A/糖原或Con A/糊精薄膜解离，改变二茂铁糖原氧化还原峰或FRET荧光，实现光学/电化学检测。多层酶装载、双酶级联、CNT/Ag纳米粒子修饰可放大信号。
检测灵敏度
LOD: 10−7 M（生物素标记荧光素，avidin/Ag纳米粒子SERS）；LOD: 亚微摩尔范围（酚类、硫醇、硫离子，Con A/HRP LbL传感器）；浓度范围: 1–10 mM（葡萄糖，pyrene或polypyrrole基CNT avidin/GOx传感器）；响应范围: 5–20 mM甘露糖和10–100 mM葡萄糖（Con A/Fc-glycogen电化学传感器）
效应效果
综述指出，LbL蛋白架构可保持酶活性，电流响应随B-GOx层数增加而增大，并可在二茂铁介体下低电位工作。GOx/抗坏血酸氧化酶多酶层可消除抗坏血酸干扰；LbL固定的B-HRP活性高于非特异吸附。免疫传感器抗原信号随抗体层数增至3–4层后饱和。CNT基avidin/GOx传感器在1–10 mM葡萄糖范围响应良好；avidin/Ag纳米粒子SERS底物对生物素标记荧光素LOD为10−7 M。Con A/HRP四层双分子层响应最高，酚类、硫醇、硫离子LOD达亚微摩尔级；CNT双酶传感器可直接检测稀释血清葡萄糖。Con A/糖原薄膜可被10 mM甲基甘露糖/甲基葡萄糖在10–20 min内几乎完全解离，5 mM葡萄糖保留70–80%。
传感器的构成
- 基底/换能器：金(Au)、铂(Pt)、玻璃碳(GCE)电极或石英/SPR光学探针，提供电学或光学信号读出
- 纳米材料修饰层：碳纳米管(CNT)、银纳米粒子(Ag NPs)、AAO模板或MF/CaCO3微球，增强导电/信号或形成微胶囊/纳米管
- 亲和识别层：亲和素(Avidin)、链霉亲和素(SAv)或刀豆蛋白A(Con A)，通过生物素或糖相互作用交替固定组分
- 酶/识别元件层：生物素标记葡萄糖氧化酶(B-GOx)、生物素标记辣根过氧化物酶(B-HRP)、生物素标记乳酸氧化酶(B-LOx)或糖标记酶，催化底物反应
- 信号标记/电子供体：二茂铁标记链霉亲和素(Fc-SAv)、二茂铁标记糖原(Fc-glycogen)、荧光素标记Con A/糖原或二茂铁衍生物介体，提供电化学/光学信号
- 微胶囊/三维架构：MF或CaCO3微球模板形成的中空微胶囊、AAO模板形成的蛋白纳米管，用于封装酶或放大信号
中文摘要
本综述讨论了通过亲和素–生物素和刀豆蛋白A（Con A）–糖类相互作用进行层层自组装（LbL）构建蛋白质架构的制备方法与性质，并重点阐述其在光学和电化学生物传感器中的应用。通过交替沉积亲和素与生物素标记酶，可在光学探针和电极表面构建LbL薄膜；所固定酶仍保留催化活性，从而形成光学或电化学生物传感器。另一方面，Con A可与糖标记酶交替沉积，构建含酶LbL薄膜和微胶囊；葡萄糖氧化酶（GOx）和辣根过氧化物酶（HRP）等酶因分子表面含有固有糖链，无需额外糖标记即可用于该体系。Con A/酶LbL架构已成功用于开发对酶特异性底物敏感的传感器。此外，基于Con A的薄膜还可用于糖类的检测和电化学检测。
英文摘要
In this review, the preparation and properties of protein architectures constructed by layer-by-layer (LbL) deposition through avidin-biotin and concanavalin A (Con A)-sugar interactions are discussed in relation to their use for optical and electrochemical biosensors. LbL films can be constructed through the alternate deposition of avidin and biotin-labeled enzymes on the surfaces of optical probes and electrodes. The enzymes retain their catalytic activity, resulting in the formation of optical and electrochemical biosensors. Alternatively, Con A can be used to construct enzyme-containing LbL films and microcapsules using sugar-labeled enzymes. Some enzymes such as glucose oxidase and horseradish peroxidase can be used for this purpose without labeling with sugar, because these enzymes contain intrinsic hydrocarbon chains on their molecular surfaces. The Con A/enzyme LbL architectures were successfully used to develop biosensors sensitive to specific substrates of the enzyme. In addition, Con A-based films can be used for the optical and electrochemical detection of sugars.