组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
有机磷农药（paraoxon、dichlorvos、chlorpyrifos ethyl oxon，水样/食品模拟液）、过氧化氢（H2O2，水溶液）、超氧阴离子（superoxide radical，水溶液/有机溶剂）、硝基芳烃爆炸物（nitroaromatic compounds，水样/环境样品）、干扰素-2b（IFN-2b，细胞裂解液）
检测原理
该综述所述传感原理主要基于定点突变介导的定向固定化与酶促电子转移。通过引入Cys、His或Lys等残基，使酶或识别蛋白在支持物上获得特定取向；Cys可与金表面或二硫键支持物形成硫醇–二硫键交换，His标签可与NTA-IMAC层配位，Lys富集区可增强甘醛支持物上的多点位共价固定。对于氧化还原酶，定向固定使活性中心靠近电极，缩短电子转移距离并提高直接电子转移效率。目标物与酶或识别元件作用后，酶催化底物产生或消耗电化学活性物质，电极电流/电位随目标物浓度变化。多点位共价固定还可提高稳定性，从而改善传感器响应。
检测灵敏度
LOD: paraoxon 4.1 ppb；LOD: dichlorvos 0.5 ppb；LOD: chlorpyrifos ethyl oxon 0.1 ppb；LOD: nitroaromatic compounds 100 parts per trillion
效应效果
综述报道多类定向固定化体系：His标签AChE传感器对paraoxon、dichlorvos、chlorpyrifos ethyl oxon检出限分别为4.1、0.5、0.1 ppb，磁性微珠法较包埋法LOD降低10倍并缩短孵育时间；HRP去糖基化/His标签加速电子转移，提高金电极灵敏度与稳定性；SOD突变体一步固定化重现性更好，灵敏度高于细胞色素C单分子层；硝基还原酶Cys12直接固定化检测硝基芳烃达100 ppt。固定化还提高稳定性：PGA赖氨酸富集突变在甘醛琼脂糖上固定化速率提高10倍以上，稳定化因子4–11；Q380C硫醇-环氧固定化保留90%活性，二氧六环中稳定30倍，E值由8升至16，合成产率31%升至49%。
传感器的构成
- 基底/换能器：金电极（Au electrode）或丝网印刷电极，作为电子转移与电化学信号读出界面
- 修饰层：二硫键活化支持物（disulfide-activated support）或硫醇反应性膜（thiol-reactive membrane），提供Cys定向共价固定位点
- 修饰层：NTA金属螯合层（NTA-IMAC）或Ni2+-亚氨基二乙酸磁性微珠（Ni2+-IDA magnetic beads），用于His标签可逆固定
- 识别/催化元件：定点突变酶（Cys/His-tagged AChE、HRP、SOD、nitroreductase）或抗体/ProA-CBD，负责结合目标物或催化底物
- 信号元件：酶催化产生的电化学活性产物或界面电子转移变化（H2O2、superoxide、nitroaromatic reduction），将结合/催化事件转换为电信号
- 读出：安培/伏安/剥离伏安检测（amperometry, voltammetry, stripping voltammetry），输出电流或电位信号
中文摘要
定点突变与固定化通常被视为改善蛋白质性能的两类独立技术，但已有研究表明，利用定点突变不仅可直接改善酶的性质，还可调控酶在支持物上的固定化方式，从而显著提升用于生物传感器或生物催化剂的固定化生物分子性能。常规固定化并非完全随机，蛋白质取向往往难以改变。早期研究主要利用定点突变控制酶在支持物上的取向，以促进氧化还原生物传感器中支持物与酶之间的电子转移。常用Cys残基将蛋白直接固定于含二硫键或金的支持物上；也有利用His标签与金属螯合支持物、抗体或其他标签实现定向固定。此外，定点突变还可改善固定化蛋白的活性、稳定性甚至选择性，例如通过定点刚性化特定区域实现。随着支持物设计进步和对酶–支持物相互作用机制认识的深入，定点突变与固定化联用展现出更广阔的应用前景。
英文摘要
—