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
微流控生物传感器
检测对象
葡萄糖（glucose）、乙醇/酒精（ethanol/alcohol）；样品基质为PBS缓冲液及稀释血液样品
检测原理
该传感器以酶催化反应作为识别与信号产生事件。GOX或AOX共价偶联于CdSe/ZnS量子点表面，并被包埋于PEG水凝胶微结构中；底物葡萄糖或乙醇经微通道连续流动进入水凝胶，扩散至酶活性位点。GOX催化葡萄糖氧化生成H2O2，AOX催化乙醇氧化生成H2O2。由于酶与量子点共价连接，H2O2可在界面附近通过电子转移反应有效淬灭量子点荧光，使F/F0随底物浓度升高而下降。水凝胶网络既维持酶的近生理活性，又限制QD-酶共轭物泄漏。固定5 min反应后，葡萄糖在50–100 μM范围内近似线性，符合Michaelis–Menten动力学，Lineweaver–Burk分析得Km为0.24 mM。系统未使用额外化学放大，而依靠酶催化产H2O2和QD-酶共轭增强电子转移淬灭实现检测。
检测灵敏度
LOD: 50 μM（葡萄糖）；LOD: 70 μM（酒精）；线性范围: 50–100 μM（葡萄糖）
效应效果
系统具有通道级选择性：500 μM葡萄糖仅使GOX通道荧光淬灭，500 μM乙醇仅使AOX通道淬灭，混合样品两通道同时响应。PBS洗涤30 min后荧光完全恢复，可重复使用；4 ℃储存一周后100 μM葡萄糖淬灭程度下降约18%，最大荧光不变，归因于酶活性损失。用5个通道建立60–100 μM标准曲线，95 μM葡萄糖测得95.75 μM，一周后测得97.06 μM；5份稀释血液样品结果与真实值合理一致。作者认为该系统首次实现QD-酶共轭物微阵列固定化与微流控集成，兼具多重检测和可重复使用优势。
传感器的构成
- 基底与微通道：玻璃载玻片（glass slide）与PDMS微通道构成封闭流路，用于承载水凝胶微结构并实现连续流动检测。
- 表面粘附层：TPM（3-(trichlorosilyl) propyl methacrylate）处理微通道壁，增强水凝胶微结构在通道内的粘附。
- 水凝胶包埋层：PEG-DA（poly(ethylene glycol) diacrylate）与光引发剂HOMPP（2-hydroxy-2-methylpropiophenone）经UV光聚合形成水凝胶微结构，包埋QD-酶共轭物并允许小分子底物扩散。
- 识别-信号共轭物：EDC（1-ethyl-3(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide）/NHS（N-hydroxysuccinimide）介导羧基CdSe/ZnS QD与GOX/AOX形成酰胺键，制备QD-酶共轭物。
- 识别元件：GOX（glucose oxidase）或AOX（alcohol oxidase）分别催化葡萄糖或乙醇氧化生成H2O2。
- 信号标记物：CdSe/ZnS量子点（QD，发射525/585/625 nm）作为荧光报告基团，被H2O2电子转移淬灭。
- 反应介质：0.1 M PBS（pH 7.4）连续流动，输送底物并维持酶活性。
中文摘要
本文提出一种用于检测产生过氧化氢的氧化酶底物的微流控生物传感器制备方法。该传感器由量子点–酶共轭物、聚乙二醇基水凝胶微结构和一组微通道组成，并通过光刻工艺分层集成到微流控器件中。羧基终止的CdSe/ZnS量子点分别与葡萄糖氧化酶（GOX）和醇氧化酶（AOX）经EDC/NHS化学共价偶联，随后包埋于微通道内光聚合形成的PEG-DA水凝胶微结构中，构成可响应葡萄糖或乙醇的荧光水凝胶微阵列。当底物进入微通道并扩散进入水凝胶后，GOX或AOX催化氧化葡萄糖或乙醇生成H2O2；H2O2通过电子转移反应淬灭共价偶联量子点的荧光，使水凝胶微结构荧光强度随底物浓度升高而降低。在固定反应时间下，系统对葡萄糖和乙醇的检测限分别为50 μM和70 μM。由于各微通道流体隔离且可独立装载不同识别体系，该器件能够同时检测葡萄糖和乙醇，展示了微流控多重生物检测平台的应用潜力。
英文摘要
This paper presents a simple method to fabricate a microfluidic biosensor that is able to detect substrates for H(2)O(2)-generating oxidase. The biosensor consists of three components (quantum dot-enzyme conjugates, hydrogel microstructures, and a set of microchannels) that were hierarchically integrated into a microfluidic device. The quantum dot (QD)-enzyme conjugates were entrapped within the poly(ethylene glycol) (PEG)-based hydrogel microstructures that were fabricated within the microchannels by a photopatterning process. Glucose oxidase (GOX) and alcohol oxidase (AOX) were chosen as the model oxidase enzymes, conjugated to carboxyl-terminated CdSe/ZnS QDs, and entrapped within the hydrogel microstructures, which resulted in a fluorescent hydrogel microarray that was responsive to glucose or alcohol. The hydrogel-entrapped GOX and AOX were able to perform enzyme-catalyzed oxidation of glucose and alcohol, respectively, to produce H(2)O(2), which subsequently quenched the fluorescence of the conjugated QDs. The fluorescence intensity of the hydrogel microstructures decreased as the glucose and alcohol concentrations increased, and the detection limits of this system were found to be 50 μM of glucose and 70 μM of alcohol. Because each microchannel was able to carry out different assays independently, the simultaneous detection of glucose and alcohol was possible using our novel microfluidic device composed of multiple microchannels.