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
葡萄糖 (glucose)；样品基质：0.1 M 磷酸缓冲液 (phosphate buffer, pH 7.0)
检测原理
葡萄糖与葡萄糖氧化酶活性中心结合后，GOx-FAD 催化葡萄糖氧化为葡萄糖内酯，FAD 被还原为 FADH2。FADH2 将电子传递给二茂铁介体：溶液实验使用二茂铁羧酸 FCA 或二茂铁 Fc，酶电极使用聚合物中的乙烯基二茂铁 VFc。被还原的介体在电极表面氧化再生，形成阳极电流。电流大小随葡萄糖浓度增加而增大；低电位区受酶-介体-电极电子转移动力学控制，高电位区受葡萄糖质量传输控制。B11-GOx 因 kcat 提高、Km 降低且与聚合物介体电子耦合更好，使氧化电流更高、Tafel 斜率更小，从而提升传感器灵敏度。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、校准斜率或相关系数；Tafel 斜率：0.091 V/dec（溶液）、0.092 V/dec、0.02 V/dec、0.059 V/dec（酶电极）。
效应效果
论文未报告选择性、抗干扰、RSD、实际样品回收率或与 ELISA/HPLC/qPCR 的对比。动力学上，B11-GOx 的 Km 由 wt-GOx 的 22 mM 降至 16 mM，kcat 由 58 s−1 升至 80 s−1，kcat/Km 由 2.64 mM s−1 升至 5.00 mM s−1。溶液 LSV 中，B11-GOx 在 1 mM 葡萄糖的氧化电流高于 wt-GOx 在 5 mM 葡萄糖；酶电极 CV 峰分离 wt-GOx 约 82 mV，聚合物 68 mV，B11-GOx 50–59 mV，表明可逆性更好。B11 起始电位负移约 10 mV，Tafel 斜率 0.02 V/dec 小于 wt-GOx 的 0.059 V/dec。作者认为该突变酶可用于更高灵敏度葡萄糖生物传感器和更高功率生物燃料电池。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极 (glassy carbon electrode, GCE)，面积 0.07 cm2，提供导电基底与电子转移界面
- 聚合物介体修饰层：聚(乙烯基二茂铁-co-2-羟乙基甲基丙烯酸酯) (poly(VFc-co-HEMA))，作为电子介体并固定酶
- 成膜助剂：HDAM 水溶液，与聚合物 DMF 溶液共同滴涂于 GCE 表面形成膜层
- 识别/催化元件：突变葡萄糖氧化酶 B11-GOx (T30V I94V) 或野生型 wt-GOx，催化葡萄糖氧化并传递电子
- 固定化/交联剂：戊二醛蒸气 (glutaraldehyde vapour)，处理酶层 1 h 以固定酶
- 溶液电子介体：二茂铁羧酸 (ferrocenecarboxylic acid, FCA) 或二茂铁 (ferrocene, Fc)，在溶液实验中传递电子
- 被测物/电子供体：葡萄糖 (glucose)，被 GOx 氧化为葡萄糖内酯并提供电子
中文摘要
本研究对葡萄糖氧化进行了电化学表征，比较了由定向蛋白质进化获得的突变葡萄糖氧化酶 B11-GOx 与野生型葡萄糖氧化酶 wt-GOx 在溶液及酶聚合物电极中的性能。实验采用循环伏安法、线性扫描伏安法和计时电流法，在含二茂铁介体的磷酸缓冲液以及固定于聚(乙烯基二茂铁-co-2-羟乙基甲基丙烯酸酯) 膜上的酶电极体系中考察葡萄糖氧化电流。结果表明，B11-GOx 在溶液和聚合物电极中均产生更高的葡萄糖氧化电流，说明突变酶对葡萄糖的电催化活性增强。B11-GOx 酶电极还表现出更快的电子转移和更小的峰分离，表明其与聚合物介体之间具有更好的电子相互作用。这些结果说明，通过定向进化改造的葡萄糖氧化酶可用于开发更高灵敏度的葡萄糖生物传感器和更高功率输出的生物燃料电池。
英文摘要
In this study, electrochemical characterisation of glucose oxidation has been carried out in solution and using enzyme polymer electrodes prepared by mutant glucose oxidase (B11-GOx) obtained from directed protein evolution and wild-type enzymes. Higher glucose oxidation currents were obtained from B11-GOx both in solution and polymer electrodes compared to wt-GOx. This demonstrates an improved electrocatalytic activity towards electrochemical oxidation of glucose from the mutant enzyme. The enzyme electrode with B11-GOx also showed a faster electron transfer indicating a better electronic interaction with the polymer mediator. These encouraging results have shown a promising application of enzymes developed by directed evolution tailored for the applications of biosensors and biofuel cells.