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-木糖（d-xylose，INS 967）；样品基质为 PBS 缓冲液、啤酒、秸秆降解产物、发酵液
检测原理
该传感器以表面展示木糖脱氢酶（XDH）的细菌作为识别元件。在 0.1 M PBS（pH 7.4）中，XDH 以 NAD+ 为辅因子催化 D-木糖氧化为木酮内酯，同时 NAD+ 被还原为 NADH。生成的 NADH 扩散至多壁碳纳米管（MWNTs）修饰的玻碳电极表面，被 MWNTs 电催化氧化，氧化峰电位由约 0.70 V 降至约 0.50 V（vs. Ag/AgCl），过电位降低约 0.2 V。在 +0.50 V 安培检测下，NADH 氧化电流随 D-木糖浓度增加而增大，形成与浓度成正比的电流响应。MWNTs 的高电子态密度促进电子转移，起到信号增强作用；Nafion 复合膜固定细菌并维持界面稳定。
检测灵敏度
LOD: 0.5 μM；线性范围: 0.6–100 μM；灵敏度斜率: 0.02915；R = 0.999
效应效果
该传感器选择性良好：300 倍过量 D-葡萄糖、D-果糖、D-麦芽糖、D-半乳糖、D-甘露糖、D-蔗糖、D-纤维二糖及 60 倍过量 L-阿拉伯糖无明显干扰。同一传感器对 10 μM D-木糖连续 5 次测定 RSD 为 7%，5 个传感器重复性 RSD 低于 10%。4 ℃ 保存下前 20 天响应基本不变，1 个月后仍保持初始响应的 58%。实际样品（啤酒、秸秆降解产物、发酵液）RSD 在 9% 以内，加标回收率 95.5%–102.9%。LOD 0.5 μM 优于脉冲安培微芯片（20 μM）、毛细管区带电泳安培检测（1 μM）、FET 全细胞电位传感器（0.5 mM）和 HPLC-电化学检测（0.19 mM）。作者认为其稳定、特异、灵敏、可重复、简便、快速、低成本，适用于实际样品及生物电化学装置。
传感器的构成
- 基底电极：玻碳电极（GCE），经氧化铝抛光和超声清洗，作为工作电极与电子传导基底
- 纳米材料修饰层：Nafion–MWNTs 复合膜（Nafion 0.05 wt% 与多壁碳纳米管 MWNTs 超声分散后滴铸 10 μL），MWNTs 促进 NADH 电催化氧化并降低过电位
- 识别元件：XDH 展示细菌（XDH-bacteria，表面展示木糖脱氢酶 XDH 的大肠杆菌 E. coli BL21(DE3)），以冰核蛋白 InaPb-N 为锚定基序，直接催化 D-木糖氧化
- 辅因子/信号前体：NAD+（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸），作为 XDH 辅因子被还原为 NADH，提供电化学氧化信号
- 封闭固定层：Nafion 溶液（0.05 wt%，5 μL）覆盖电极表面，固定细菌与复合膜并减少脱落
中文摘要
构建了一种新型 Nafion/细菌表面展示木糖脱氢酶（XDH）/多壁碳纳米管（MWNTs）复合膜修饰电极，用于灵敏、选择性测定 D-木糖（INS 967）。XDH 展示细菌以新鉴定的 Pseudomonas borealis DL7 冰核蛋白作为锚定基序制备，可直接使用，省去酶提取纯化，提高酶稳定性。优化条件：将 10 μL 均匀 Nafion–MWNTs 复合分散液滴铸于倒置玻碳电极，再滴 10 μL XDH 细菌水溶液过夜干燥，最后注射 5 μL 0.05 wt% Nafion 溶液。细菌展示 XDH 在 0.1 M PBS（pH 7.4）中以 NAD+ 为辅因子催化木糖氧化为木酮内酯，NAD+ 还原为 NADH；NADH 被电极上 MWNTs 电催化氧化，在约 0.50 V（vs. Ag/AgCl）出现明显氧化峰。仅细菌-XDH 修饰电极氧化峰在 0.7 V 且灵敏度较低。该电极/MWNTs/细菌-XDH/Nafion 具有长期稳定性、宽动态范围 0.6–100 μM 和低检出限 0.5 μM D-木糖（S/N=3）。在 300 倍过量 D-葡萄糖、D-果糖、D-麦芽糖、D-半乳糖、D-甘露糖、D-蔗糖、D-纤维二糖及 60 倍过量 L-阿拉伯糖存在下无干扰。该微生物生物传感器稳定、特异、灵敏、可重复、简便、快速、低成本，具有实际应用潜力。
英文摘要
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