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
青霉素（Penicillin G）、阿莫西林（Amoxycillin）；样品基质：磷酸盐缓冲液、阿莫西林片剂溶液、牛奶
检测原理
青霉素进入 PTy-PNCnase 膜后，被包埋的青霉素酶催化水解，β-内酰胺环开环生成青霉酸（penicilloate/penicilloic acid）并释放 H+。H+ 穿过自限性 PTy 薄层扩散至铂电极/溶液界面，改变局部 pH 和膜电位，恒电位仪以两电极方式测量电位变化。由于电位响应与青霉素浓度对数呈线性，浓度越高，产生的 H+ 越多，电位变化越大。PTy 膜厚度约 10–100 nm，降低扩散阻力；KNO3 提高膜导电性；膜中预置青霉素调节膜电荷，增强对底物的吸引并稳定响应。检测采用低缓冲容量 0.1 mM 磷酸盐缓冲液，避免掩盖 H+ 信号。该传感器无额外化学放大，主要依靠酶催化产酸和电位换能。
检测灵敏度
LOD: 0.3 µM；线性范围: 3–283 µM；校准方程: y = 23.463x + 815.86；R^2 = 0.9923
效应效果
该传感器响应时间为 21 s，最低检测浓度 0.3 µM，优于文献报道的 5–10 µM。阿莫西林片剂加标/直接检测平均回收率为 102 ± 6%，与标准滴定法 105 ± 5% 接近，且更省时。牛奶样品中因蛋白结合和非特异性吸附，低浓度回收波动较大：1 ppm 回收 110 ± 80%，5 ppm 为 92 ± 32%，10 ppm 为 78 ± 16%，20 ppm 为 90 ± 14%；作者认为 ≥20 ppm 时可获得合理回收。传感器可重复使用，灵敏度漂移通过标准加入法补偿；未系统研究寿命。PTy 膜具有选择性透过和抗污作用，但牛奶基质干扰仍需样品前处理改善。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：铂电极（Pt working electrode，0.08 cm2），抛光后作为电聚合基底和电位换能器；辅助铂电极与参比铂电极用于三电极电聚合。
- 修饰层：聚酪胺膜（PTy），由酪胺（tyramine）恒电流电聚合形成，自限性生长形成非导电/弱导电薄层，提供酶包埋基质并控制扩散。
- 识别/催化元件：青霉素酶（penicillinase，PNCnase，3.5.2.6，Bacillus cereus），包埋于 PTy 膜中，催化青霉素水解。
- 导电辅助层：硝酸钾（KNO3，0.01 M），加入单体溶液提高 PTy 膜导电性，改善电位响应。
- 膜电荷调节剂：青霉素（penicillin，3 mM），加入单体溶液调节膜电荷与导电性，稳定电位响应。
- 测量介质：磷酸盐缓冲液（phosphate buffer，0.1 mM，pH 7），用于电位测量，控制缓冲容量以检测 H+。
- 信号读出装置：恒电位仪/恒电流仪（potentiostat/galvanostat）与两电极电化学池，测量电位变化。
中文摘要
本文报道了一种基于聚酪胺（PTy）膜电位法检测青霉素的生物传感器。利用非导电聚合物聚酪胺的自限性电聚合，将青霉素酶（PNCnase）包埋于聚酪胺膜中。在最佳条件下，单体溶液含 0.03 M 酪胺、37 U/mL 青霉素酶、0.01 M KNO3 和 3 mM 青霉素，施加电流密度 0.8 mA/cm2，电聚合 40 s，获得 PTy-PNCnase 膜。该电位法生物传感器对青霉素具有 3–283 µM 的线性浓度范围，最低可检测浓度为 0.3 µM。传感器成功用于阿莫西林检测，平均回收率为 102 ± 6%；在牛奶样品中，当青霉素 G 浓度不低于 20 ppm 时，也能获得满意的回收率。该传感器为青霉素类药物残留检测提供了一种简单、灵敏的电化学方法。
英文摘要
A sensitive and reliable potentiometric biosensor for determination of penicillin has been developed by exploiting the self-limiting growth of the non-conducting polymer, polytyramine. Optimum polytyramine-penicillinase (PTy-PNCnase) films for potentiometric detection of penicillin were accomplished with monomer solutions which contained 0.03 M tyramine, 37 U/mL penicillinase, 0.01 M KNO3, and 3 mM penicillin with an applied current density of 0.8 mA/cm2 and an electropolymerisation time of 40 seconds. The potentiometric biosensor gave a linear concentration range of 3-283 μM for penicillin and achieved a minimum detectable concentration of 0.3 μM. The biosensor was successfully utilized for the detection of Amoxycillin and gave an average percentage recovery of 102±6%. Satisfactory recoveries of penicillin G were also achieved in milk samples with the potentiometric biosensor when concentrations are ≥20 ppm.