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
尿素（urea）；样品基质：人血清（血液透析患者血清）及标准溶液
检测原理
脲酶识别层中的脲酶催化尿素水解：(NH2)2CO + 2H2O → 2NH4+ + HCO3−。生成的 NH4+ 扩散进入含非actin 的 PVC/PVC-COOH 铵离子选择性膜，非actin 与 NH4+ 发生可逆结合/离子交换，改变膜相中铵离子活度，从而在膜两侧形成电位差。内充液 10 mM NH4Cl 与 Ag/AgCl 内电极提供稳定内参比电位，外部参比电极与工作电极构成电位测量回路。尿素浓度升高时，酶促反应产生更多 NH4+，膜电位按表观 Nernst 关系变化，电位计输出电位差。该体系无额外化学放大，信号放大依赖脲酶催化产生离子。
检测灵敏度
线性范围: 1×10−5 to 1×10−2 M；表观 Nernstian response；铵离子斜率: 40.3±2.4、35.6±2.3、33.5±1.5、30.4±1.8 mV/p[NH4+]（传感器 I–IV）
效应效果
传感器对 Na+、K+、Ca2+ 干扰较低，其中 K+ 干扰最大；选择性系数 KNH4,X 中 K+ 为 1.1×10−1–5.6×10−1，Na+ 为 1.2×10−2–9.4×10−2，Ca2+ 为 1.1×10−3–8.4×10−3。响应时间 1–2 min，连续使用 2 个月后斜率仅逐渐下降，寿命至少 2 个月；同一天 5 次校准斜率 RSD 为 0.05–0.25（文中称<0.5）。在 3 份血液透析患者血清中，与透析中心结果在 95% 置信水平一致，加标回收率为 91.56%–106.17%。与 jack bean 脲酶传感器相比性能相当，可用于血清尿素快速检测。
传感器的构成
- 内参比电极：Ag/AgCl 电极，提供稳定内电位。
- 内充液：1.0×10−2 M NH4Cl（pH 7.0），维持膜内铵离子活度。
- 玻璃电极体：玻璃电极体，承载离子选择性膜。
- 离子选择性膜基体：PVC 或羧化 PVC（PVC-COOH），构成铵离子选择性膜骨架。
- 离子载体/增塑剂：非actin（nonactin，铵离子载体）、棕榈酸（palmitic acid，膜A）和 DOS（双(2-乙基)己基癸二酸酯，增塑剂），识别 NH4+ 并提高膜柔性。
- 酶识别层：脲酶（urease，EC 3.5.1.5，来自幽门螺杆菌或 jack bean），催化尿素水解。
- 交联固定层：EDC（1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide）和戊二醛（glutaraldehyde），共价固定脲酶。
中文摘要
本研究从胃窦大弯活检样本的幽门螺杆菌（Helicobacter pylori）细胞提取物中分离脲酶，并以非actin（nonactin）作为铵离子载体，将脲酶固定在含棕榈酸的聚氯乙烯（PVC）或羧化 PVC 铵离子选择性膜电极上，制备新型尿素生物传感器。系统考察了 pH、缓冲液浓度、温度、脲酶浓度、搅拌速率及酶固定程序对电极尿素响应的影响，确定幽门螺杆菌脲酶传感器的最佳条件为 pH 6.0、5 mM 缓冲液和 25 °C。传感器在 1×10−5–1×10−2 M 尿素范围内呈表观 Nernst 响应。与 jack bean 脲酶传感器相比，幽门螺杆菌脲酶传感器具有较高灵敏度、至少 2 个月的动态稳定性和 1–2 min 的响应时间，可用于血液透析患者人血清尿素的快速测定。
英文摘要
The urease enzyme of Helicobacter pylori was isolated from biopsy sample obtained from antrum big curvature cell extracts. A new urea biosensor was prepared by immobilizing urease enzyme isolated from Helicobacter pylori on poly(vinylchloride) (PVC) ammonium membrane electrode by using nonactine as an ammonium ionophore. The effect of pH, buffer concentration, and temperature for the biosensor prepared with urease from H. pylori were obtained as 6.0, 5 mM, and 25 °C, respectively. We also investigated urease concentration, stirring rate, and enzyme immobilization procedures in response to urea of the enzyme electrode. The linear working range of the biosensor extends from 1 × 10(-5) to 1 × 10(-2) M and they showed an apparent Nernstian response within this range. Urea enzyme electrodes prepared with urease enzymes obtained from H. pylori and Jack bean based on PVC membrane ammonium-selective electrode showed very good analytical parameters: high sensitivity, dynamic stability over 2 months with less decrease of sensitivity, response time 1-2 min. The analytical characteristics were investigated and were compared those of the urea biosensor prepared with urease enzyme isolated from Jack bean prepared at the same conditions. It was observed that rapid determinations of human serum urea amounts were also made possible with both biosensors.