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
D-葡萄糖（D-glucose）；样品基质：磷酸盐缓冲液（PB，pH 6.5）溶液
检测原理
该传感器以玻璃碳电极（GCE）为基底，通过电沉积HAuCl4形成金纳米颗粒（AuNPs）修饰层。基因工程周质葡萄糖/半乳糖受体半胱氨酸突变体（GGR-Cys）利用N端第1位工程化半胱氨酸的硫–金键定向固定于AuNPs表面。当D-葡萄糖进入受体结合口袋时，GGR-Cys发生配体诱导的构象变化，由柔性开放态转变为刚性闭合态，改变电极界面结构并阻碍溶液中K3[Fe(CN)6]氧化还原探针在电极表面的电子转移。循环伏安（CV）下，Fe(CN)6^3-/Fe(CN)6^4-峰电流随葡萄糖浓度增加而下降，峰电位正移。该过程无需酶或标记物，信号变化直接反映受体–配体结合事件，在0.1–1 μM范围内呈线性响应。
检测灵敏度
LOD: 0.18 μM；线性范围: 0.1–1 μM；R^2 = 0.9944；斜率: -3E-05 μA/μM（校准曲线 y = -3E-05x + 4E-05）
效应效果
该传感器对D-葡萄糖具有选择性：D-果糖、L-缬氨酸和L-亮氨酸孵育后CV电流无明显下降；裸GCE-AuNP电极直接孵育葡萄糖也不产生电流变化，说明信号来自GGR-Cys与葡萄糖的特异性结合。AuNPs修饰GCE的氧化还原响应明显高于常规金电极（78 μA对12.5 μA），表明AuNPs高比表面积和导电性有利于蛋白负载与电子转移。检出限按3σ/S计算为0.18 μM，校准曲线R2=0.9944，误差棒为不同电极三次测量标准差。论文未报告实际样品加标回收率或与ELISA、HPLC、qPCR等方法的对比。作者认为该无试剂电化学生物传感器适用于微摩尔范围葡萄糖检测，并可为其他受体–配体相互作用研究提供模型。
传感器的构成
- 工作电极基底：玻璃碳电极（GCE），几何面积28 mm2，提供导电基底与电子转移界面
- 纳米材料修饰层：金纳米颗粒（AuNPs），由HAuCl4在-200 mV电沉积，平均粒径约50 nm，提供高比表面积并促进电子转移
- 识别元件：基因工程周质葡萄糖/半乳糖受体半胱氨酸突变体（GGR-Cys），N端第1位丙氨酸突变为半胱氨酸，通过硫-金键定向固定并识别D-葡萄糖
- 氧化还原探针：铁氰化钾（K3[Fe(CN)6]，Fe(CN)6^3-/Fe(CN)6^4-），作为可逆氧化还原探针，其循环伏安电流反映界面电子转移
- 缓冲介质：磷酸盐缓冲液（PB，pH 6.5，0.1 M KH2PO4/Na2HPO4）用于CV检测；Tris缓冲液（10 mM Tris、100 mM KCl、0.5 mM CaCl2，pH 7.1）用于蛋白孵育
- 三电极体系：Ag/AgCl/3M NaCl参比电极与铂丝对电极，配合GCE工作电极完成循环伏安测量
中文摘要
本研究将基因工程改造的周质葡萄糖/半乳糖受体（GGR）作为生物分子识别元件固定于金纳米颗粒（AuNPs）表面，构建了一种灵敏、无试剂的电化学生物传感器。受体通过蛋白序列第1位工程化引入的半胱氨酸残基，以硫–金键直接连接至AuNPs。作者首先在胶体金溶液中比较了野生型GGR（GGR-WT）与半胱氨酸突变体GGR-Cys的结合行为，并利用紫外–可见光谱、透射电子显微镜、粒径分布和Zeta电势对AuNPs表面修饰进行表征，证明工程化半胱氨酸对蛋白定向固定至关重要。随后，将GGR-Cys包覆的AuNPs用于葡萄糖检测：D-葡萄糖与受体结合后诱导蛋白构象变化，阻碍铁氰化钾氧化还原探针在电极界面的电子转移，使循环伏安电流下降。该传感器可在微摩尔浓度范围内选择性检测葡萄糖，检出限为0.18 μM。
英文摘要
Genetically engineered periplasmic glucose receptors as biomolecular recognition elements on gold nanoparticles (AuNPs) have allowed our laboratory to develop a sensitive and reagentless electrochemical glucose biosensor. The receptors were immobilized on AuNPs by a direct sulfur-gold bond through a cysteine residue that was engineered in position 1 on the protein sequence. The study of the attachment of genetically engineered and wild-type proteins binding to the AuNPs was first carried out in colloidal gold solutions. These constructs were studied and characterized by UV-Vis spectroscopy, transmission electron microscopy, particle size distribution, and zeta potential. We show that the genetically engineered cysteine is important for the immobilization of the protein to the AuNPs. Fabrication of the novel electrochemical biosensor for the detection of glucose used these receptor-coated AuNPs. The sensor showed selective detection of glucose in the micromolar concentration range, with a detection limit of 0.18 microM.