组成图示
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传感器类型
荧光生物传感器
检测对象
葡萄糖（glucose），样品基质为 0.1 M 磷酸盐缓冲液（pH 6.5）
检测原理
葡萄糖进入溶胶-凝胶基质后，被 GOD 催化氧化为葡萄糖酸内酯并生成 H2O2，同时 GOD 中的 FAD 被还原为 FADH2，随后溶解氧将 FADH2 再氧化。该氧化还原循环改变 FAD 的开放/闭合构象平衡及与邻近芳香残基之间的光诱导电子转移，使 FAD 荧光衰减由快、中、长三个寿命组分构成，且各组分分数强度 f1、f2、f3 和平均寿命随葡萄糖浓度变化。系统用 405 nm 皮秒激光激发 GOD 内源 FAD，520 nm 附近收集荧光，通过 TCSPC 获取时间分辨衰减曲线，并用三指数模型拟合。葡萄糖浓度升高时，中间寿命组分 f2 增加，f1、f3 和平均寿命下降，从而建立 Michaelis-Menten 型校准曲线实现定量检测。
检测灵敏度
LOD: 0.17 mM（f2、f3，S/N = 3）；LOD: 0.5 mM（平均寿命）；线性范围: 0.4–5 mM；灵敏度: f1 0.133 ± 0.001 mM−1，f2 0.128 ± 0.001 mM−1，平均寿命 280 ± 7 ps mM−1。
效应效果
该传感器在 0.1 M 磷酸盐缓冲液（pH 6.5）中检测葡萄糖，线性范围为 0.4–5 mM，基于 f2 和 f3 的 LOD 为 0.17 mM，基于平均寿命的 LOD 为 0.5 mM。与作者此前稳态荧光方法相比，时间分辨荧光将 LOD 从 0.8 mM 降至 0.17 mM。溶胶-凝胶基质稳定性较好，60 天后吸收谱仅下降约 2%，稳定性为 60 天。与使用外源荧光团且线性范围相近的 GOD 光学传感器相比，该系统稳定性更高、LOD 略低，并因利用 GOD 内源 FAD 荧光而无需外源标记，设计和合成成本更低。原文未报告 RSD、实际样品加标回收率及选择性/抗干扰实验。
传感器的构成
- 基底/样品池：聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）池，承载溶胶-凝胶层并用石蜡膜密封。
- 溶胶-凝胶基质：二氧化硅凝胶（silica gel，由四甲基硅烷 TMOS 水解缩合形成），固定 GOD 并允许葡萄糖和 O2 扩散。
- 识别/催化元件：葡萄糖氧化酶（GOD，EC 1.1.3.4），催化葡萄糖氧化并改变 FAD 氧化还原状态。
- 信号标记物：GOD 内源黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）荧光，作为无需外源标记的荧光探针。
- 反应介质：0.1 M 磷酸盐缓冲液（pH 6.5），维持酶活性与反应环境。
- 光学读出：405 nm 皮秒激光激发、520±10 nm 带通滤波、MCP-PMT 与 TCSPC 电子学，测量荧光衰减参数。
中文摘要
本研究构建了一种用于葡萄糖检测的光学生物传感器，将葡萄糖氧化酶（GOD）包埋于整体二氧化硅溶胶-凝胶基质中，作为生物活性元件。利用时间相关单光子计数（TCSPC）时间分辨光谱，在可见光区研究自由和固定 GOD 在不同葡萄糖浓度下的内源荧光。GOD 中的黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）在酶促反应中发生氧化还原变化，其荧光衰减可用三指数模型描述。葡萄糖加入后，FAD/FADH2 平衡及光诱导电子转移改变，导致不同寿命组分的分数强度和平均寿命发生显著变化。以这些参数建立葡萄糖浓度校准曲线，系统实现了 0.4–5 mM 范围内的葡萄糖检测，分辨率可达 0.17 mM。结果表明，时间分辨荧光可显著提高基于溶胶-凝胶 GOD 光学传感器的性能，且无需外源荧光团。
英文摘要
A monolithic silica gel matrix with entrapped glucose oxidase (GOD) was constructed as a bioactive element in an optical biosensor for glucose determination. Intrinsic fluorescence of free and immobilised GOD was investigated in the visible range in presence of different glucose concentrations by time-resolved spectroscopy with time-correlated single-photon counting detector. A three-exponential model was used for analysing the fluorescence transients. Fractional intensities and mean lifetime were shown to be sensitive to the enzymatic reaction and were used for obtaining calibration curve for glucose concentration determination. The sensing system proposed achieved high resolution (up to 0.17 mM) glucose determination with a detection range from 0.4 mM to 5 mM.