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
汞离子（Hg2+）、银离子（Ag+）及其他重金属离子（heavy metal ions）；样品基质：水溶液/环境水样（aqueous solutions, water samples）
检测原理
该传感器采用抑制式酶级联反应。蔗糖在转化酶（invertase）催化下水解为α-D-葡萄糖和β-D-果糖；变旋酶（mutarotase）将α-D-葡萄糖转化为β-D-葡萄糖；葡萄糖氧化酶（GOD）氧化β-D-葡萄糖生成D-葡萄糖内酯和H2O2。D-葡萄糖内酯自发水解为葡萄糖酸并解离出H+，使溶液电导增加。重金属离子与酶分子中的巯基结合，抑制转化酶、变旋酶或GOD活性，降低H+生成速率，电导响应下降；金属离子浓度越高，酶活性抑制越强，信号降低越明显。差分叉指金电极在100 kHz交流激励下测量溶液电导，差分模式补偿温度、pH和噪声，从而将重金属抑制程度转换为可记录的电导信号。
检测灵敏度
LOD: 25 nM (Hg2+, 3×S/N)；LOD: 100 nM (Ag+, 3×S/N)
效应效果
传感器对Hg2+和Ag+最敏感，其他金属离子在100 μM以下对三酶体系影响较小，显示良好选择性。以100 μM硝酸汞抑制作为100%抑制时，1 mM甲醛、农药和除草剂不改变响应，抗干扰能力较好。差分测量模式可补偿温度、pH和电噪声。孵育10–20 min后，Hg2+主要抑制转化酶/变旋酶，Ag+主要抑制葡萄糖氧化酶。经45 min 5 mM EDTA处理，银离子抑制的传感器蔗糖响应可恢复至95–100%；经10 mM半胱氨酸处理，汞离子抑制的传感器蔗糖响应可恢复至83–100%，表明可重复使用并可用于区分Hg/Ag。作者认为该传感器可用于水样中重金属快速筛查和总毒性评估。
传感器的构成
- 基底/换能器：陶瓷片（ceramic pad）上溅射金（Au）叉指电极（IDE），差分对，将溶液电导变化转换为电信号
- 工作识别膜：转化酶（invertase）、变旋酶（mutarotase）、葡萄糖氧化酶（GOD）与牛血清白蛋白（BSA）混合，经戊二醛（GA）交联固定，催化蔗糖水解并产生H+
- 参考膜：BSA与GA交联膜，提供差分参考以补偿温度、pH和噪声
- 酶组成：invertase、mutarotase、GOD在膜中最终浓度各约5%，BSA作为蛋白载体/膜基质
- 底物/信号介质：蔗糖（sucrose）在磷酸盐缓冲液（phosphate buffer, pH 6.5）中经酶级联反应生成葡萄糖酸并释放H+，改变电导
- 读出电路：交流信号发生器（100 kHz、10 mV）、负载电阻（1 kΩ）、差分放大器、选择性纳伏表和记录装置，输出电导变化
中文摘要
本文报道了一种基于三酶体系（转化酶、变旋酶、葡萄糖氧化酶）的电导生物传感器，用于水溶液中重金属离子的选择性抑制分析。差分平面薄膜叉指金电极沉积在陶瓷片上作为电导换能器；转化酶、变旋酶、葡萄糖氧化酶与牛血清白蛋白经戊二醛交联固定化在电极表面形成生物识别膜，参考膜仅含牛血清白蛋白。通过优化酶比例、蔗糖浓度和孵育时间，传感器对底物蔗糖和重金属离子均具有较高灵敏度。最佳蔗糖浓度为1.25 mM，孵育时间为10–20 min。该传感器对Hg2+和Ag+最敏感，检出限分别为25 nM和100 nM（3×S/N）。1 mM甲醛、农药和除草剂不干扰响应。银离子抑制后可用EDTA再激活，汞离子抑制后可用半胱氨酸再激活，表明其可重复使用并可用于区分金属离子。
英文摘要
A differential pair of planar thin-film interdigitated electrodes, deposited on a ceramic pad, was used as a conductometric transducer. The three-enzyme system (invertase, mutarotase, glucose oxidase), immobilized on the transducer surface, was used as a bioselective element. The ratio between enzymes in the membrane was found experimentally considering the highest biosensor sensitivity to substrate (sucrose) and heavy metal ions. Optimal concentration of sucrose for inhibitory analysis was 1.25 mM and incubation time in the investigated solution amounted to 10-20 min. The developed biosensor demonstrated the best sensitivity toward ions Hg(2+) and Ag(+). A principal possibility of the biosensor reactivation either by EDTA solution after inhibition with silver ions or by cysteine solution after inhibition with mercury ions was shown.