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
果糖（fructose, Fru）；样品基质：食品/饮料样品（樱桃汁、橙汁、桃汁、汽水、能量饮料）及醋酸缓冲液标准溶液
检测原理
该传感器基于酶催化与媒介体电子传递。FDH以PQQ为辅因子，催化果糖氧化为5-keto-d-fructose，同时PQQ被还原为PQQH2。溶液中的HCF（Fe3+）作为电子媒介体，将PQQH2再氧化为PQQ，自身被还原为Fe2+。Fe2+在+0.3 V（vs. Ag/AgCl）金电极表面发生氧化，重新生成Fe3+并释放电子，形成安培电流。电流增量与果糖浓度成正比。PAMAM G4通过戊二醛与半胱胺层及FDH氨基交联，提供高分支纳米固定环境，提高酶负载和稳定性；无额外核酸或酶催化放大，主要依靠酶催化和媒介体循环实现信号转换。
检测灵敏度
线性范围: 0.25–5.0 mM
效应效果
传感器对果糖线性范围为0.25–5.0 mM，响应时间35 s。0.5 mM抗坏血酸、对乙酰氨基酚和尿酸相对响应分别为10%、5%和0.8%（果糖100%），干扰低。1.0 mM果糖连续5次CV为4.5%，电极间RSD为4.6%。连续20次（5 h）后保留70%活性；4°C保存7天无损失，10天后为85%。实际饮料样品与HPLC-RID一致，回收率97%–105%。该方法快速、低成本，适用于食品果糖分析。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极（Au, BASI, USA），抛光清洗后作为工作电极，提供电子转导界面
- 自组装单层：半胱胺盐酸盐（cysteamine, 0.1 M, 30 min），在金表面形成含氨基自组装层，提供后续交联位点
- 交联连接层：戊二醛（glutaraldehyde, 5.0% in 50 mM phosphate buffer pH 7.0, 30 min；后续1.0% 10 μL），与氨基形成席夫碱交联，固定PAMAM和FDH
- 纳米材料修饰层：聚酰胺胺树枝状大分子（PAMAM, 1.0% in 50 mM phosphate buffer pH 7.0, 1 h；优选G4，表面48个伯胺），提供高分支纳米结构和氨基位点
- 识别元件：果糖脱氢酶（FDH, from Gluconobacter sp., 12.4 U, 1.0 μL），催化果糖氧化为5-keto-d-fructose
- 信号媒介物：六氰合铁酸盐（HCF, K3[Fe(CN)6], 5.0 mM in acetate buffer），作为电子媒介体传递电子并产生安培电流
- 检测介质：50 mM醋酸缓冲液（pH 4.5），维持酶活性和电化学环境
中文摘要
本研究通过在半胱胺和聚酰胺胺（PAMAM）树枝状大分子修饰的金电极表面固定果糖脱氢酶（FDH），构建了一种用于食品样品中果糖检测的电化学生物传感器。以六氰合铁酸盐（HCF）为电子媒介体，在+300 mV（vs. Ag/AgCl）下进行安培检测，响应时间为35 s。系统考察了pH、酶负载量及PAMAM代次（G2、G3、G4）对传感器性能的影响，结果表明PAMAM G4具有更高电流响应。在优化条件下，传感器对果糖在0.25–5.0 mM范围内呈线性响应。将该传感器应用于樱桃汁、橙汁、桃汁、汽水和能量饮料等实际样品中果糖分析，并与HPLC参考方法比较，回收率良好，表明该传感器可用于食品中果糖的快速、低成本检测。
英文摘要
An electrochemical biosensor for detection of fructose in food samples was developed by immobilization of fructose dehydrogenase (FDH) on cysteamine and poly(amidoamine) dendrimers (PAMAM)-modified gold electrode surface. Electrochemical analysis was carried out by using hexacyanoferrate (HCF) as a mediator and the response time was 35s at +300 mV vs. Ag/AgCl. Moreover, some parameters such as pH, enzyme loading and type of PAMAM (Generations 2, 3 and 4) were investigated. Then, the FDH biosensor was calibrated for fructose in the concentration range of 0.25-5.0mM. To evaluate its utility, the FDH biosensor was applied for fructose analysis in real samples. Finally, obtained data were compared with those measured with HPLC as a reference method.