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
草酸根（oxalate / oxalic acid）；样品基质：尿液（urine）、血浆/血清（plasma/serum）
检测原理
草酸根进入传感器界面后，被固定在大麦根草酸氧化酶（OxOx）活性中心特异性识别并催化氧化，反应生成过氧化氢（H2O2）和二氧化碳。AuNPs–CaCO3 多孔杂化层一方面通过多孔通道提高酶装载量和底物传质，另一方面利用金纳米颗粒促进电子转移；硅溶胶封装层维持酶构象并减少酶流失。生成的 H2O2 在 +0.4 V（vs Ag/AgCl）下于金电极表面发生氧化反应，释放电子形成安培电流。由于 H2O2 生成量与草酸根浓度成正比，因此电流响应随草酸根浓度增加而线性增大。该传感器未使用额外标记物或核酸扩增，主要依靠酶催化和纳米杂化材料增强电子传递实现信号放大。
检测灵敏度
LOD: 1.0 μmol/L；线性范围: 1.0–1000 μmol/L；灵敏度斜率: 0.0004 mA/μM；R^2 = 0.9936
效应效果
该传感器在 pH 5.0、30 ℃、+0.4 V 下 4 s 内达到最大响应，检测限为 1.0 μmol/L，线性范围 1.0–1000 μmol/L。尿液加标回收率为 94.7% 和 95.1%（原文报告两个加标水平），批内和批间变异系数分别为 4.7% 和 5.8%。与 Sigma 标准酶比色法比较，相关系数 r=0.984。葡萄糖、胆固醇、尿素、丙酮酸、胆红素、NADH、EDTA 等常见干扰物基本无干扰，抗坏血酸造成约 30% 干扰。传感器 4 ℃ 干燥保存 6 个月、200 次使用后仍保留 50% 初始活性。作者认为其可用于健康人和肾结石形成者尿液、血浆草酸根的快速检测，结石形成者结果显著升高（p<0.05）。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：Au 金线电极（Au wire），抛光后作为工作电极，提供电子传导与安培检测界面
- 纳米材料修饰层：AuNPs–CaCO3 多孔微球杂化材料（gold nanoparticles–porous CaCO3 microsphere hybrid），由 HAuCl4 经柠檬酸还原制备 AuNPs，并与 CaCO3 微球静电组装，提供高比表面积、多孔通道和快速电子转移
- 识别元件：大麦根草酸氧化酶（barley root oxalate oxidase, OxOx），通过物理吸附/孔扩散固定于 AuNPs–CaCO3 杂化材料，特异性催化草酸根氧化
- 信号产物：H2O2（过氧化氢），由 OxOx 催化草酸根氧化生成，并在电极表面氧化产生安培电流
- 封装/保护层：硅溶胶（silica sol，由 TEOS、乙醇、NaOH 和水制备），包覆 OxOx–AuNPs–CaCO3 生物偶联物，提高稳定性并防止酶流失
- 检测介质：0.05 M 琥珀酸钠缓冲液（sodium succinate buffer, pH 5.0），维持酶活性和反应离子环境
中文摘要
本文报道了一种基于大麦根草酸氧化酶（OxOx）固定化于金纳米颗粒（AuNPs）–多孔碳酸钙（CaCO3）微球杂化材料并封装于硅溶胶中的安培法草酸根生物传感器。该传感器以抛光金线为工作电极，将 AuNPs–CaCO3 杂化材料涂覆于电极表面，利用其多孔结构和金纳米颗粒促进电子转移，提高酶固定化量与电化学性能。在 pH 5.0、30 ℃、+0.4 V（vs Ag/AgCl）条件下，传感器响应时间小于 4 s，对草酸根具有较高灵敏度，可检测低至 1.0 μmol/L 的草酸根，线性范围为 1.0–1000 μmol/L。作者将该传感器用于健康人和肾结石形成者尿液及血浆中草酸根的检测，结果表明结石形成者草酸根水平显著升高。研究证明，AuNPs–CaCO3 杂化材料作为酶固定化载体可改善安培草酸根生物传感器的响应速度、检测限和稳定性。
英文摘要
OBJECTIVES: The use of Au nanoparticles (AuNPs)-CaCO(3) porous microsphere hybrid as a matrix for enzyme immobilization to increase the performance of an amperometric biosensor.
DESIGN AND METHODS: A method is described for construction of an amperometric oxalate biosensor by immobilizing a barley root oxalate oxidase (OxOx) onto AuNPs-CaCO(3) porous microsphere hybrid encapsulated in silica sol and deposited on Au electrode.
RESULTS: The biosensor showed optimum response within 4s at pH 5.0 and 30°C, when polarized at +0.4V vs. Ag/agCl. The biosensor possesses high sensitivity and measures oxalate concentrations as low as 1.0 μmol/L. The working linear range was from 1.0 to 1000 μmol/L of oxalate. The biosensor measured urinary and plasma oxalate of normal persons and stone formers.
CONCLUSION: The use of AuNPs-CaCO(3) porous microsphere hybrid as a support for immobilization of OxOx has resulted into an improved amperometric oxalate biosensor.