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
全细胞生物传感器
检测对象
乙醇（ethanol, EtOH）；样品基质：酵母乙醇发酵样品（含葡萄糖的发酵液）
检测原理
乙醇从流动注射样品中扩散穿过壳聚糖/戊二醛交联层，进入固定在玻璃碳电极上的氧化葡糖杆菌全细胞。细胞膜或周质中的醇脱氢酶（ADH）催化乙醇氧化，产生的电子传递给可溶性铁氰化钾介体；介体在电极表面于+300 mV发生氧化还原反应，产生安培电流。碳纳米管三维复合层增加细胞负载并改善电子传递，壳聚糖层提供固定与传质屏障，戊二醛交联提高稳定性。电流响应随乙醇浓度升高而增大，在10 μM–1 mM范围内呈线性，从而实现乙醇的定量检测。
检测灵敏度
LOD: 5 μM (S/N = 3)；线性范围: 10 μM–1 mM；灵敏度: (74 ± 2.7) μA mM−1 cm−2；Kmapp: 2.2 ± 0.5 mM
效应效果
该传感器对乙醇的相对灵敏度最高，对丙醇、1,3-丙二醇、葡萄糖和木糖响应较低，表明通过甘油培养可调控醇脱氢酶表达。在FIA模式下，0.3 mL min−1流速下样品通量为67 h−1，最高可达82 h−1。经戊二醛交联后，连续运行43 h仍保持98.3%初始响应。发酵样品分析重现性好，RSD为0.4–3.1%，平均误差1.5%；与HPLC比较平均误差2.5%，在葡萄糖90–290 mM存在时仍具抗干扰性。生物传感器稀释2000倍仍可检测，而HPLC需50倍，灵敏度更高；1 h可分析12个样品，HPLC仅3个，且无需重新校准，适合发酵过程快速监测。
传感器的构成
- 工作电极基底：玻璃碳电极（GCE，d = 1 mm），抛光后作为电化学换能器。
- 纳米复合修饰层：单壁碳纳米管（SWCNT/CNT）与氧化葡糖杆菌（G. oxydans）全细胞直接混合并超声，形成三维生物纳米复合层，提高生物量负载和电子传递。
- 识别元件：G. oxydans 全细胞，表达醇脱氢酶（ADH）等，催化乙醇氧化。
- 固定/保护层：壳聚糖（chitosan，0.1% in 0.3% acetic acid）涂覆于修饰电极表面，固定复合层并控制传质。
- 交联稳定层：戊二醛（GDA，5% w/v）处理壳聚糖层，交联氨基，防止壳聚糖溶解并提高稳定性。
- 电子介体：铁氰化钾（ferricyanide，K3[Fe(CN)6]，1.5 mM），作为可溶性氧化还原介体传递电子。
- 运行缓冲液：100 mM citrate buffer pH 6.5 含 2 mM CaCl2，维持细胞和酶活性。
中文摘要
本论文报道了一种稳健的微生物生物传感器，用于检测发酵样品中的乙醇。该传感器由氧化葡糖杆菌（Gluconobacter oxydans）全细胞与碳纳米管（CNT）直接混合制备的生物纳米复合材料构成，并以铁氰化钾作为氧化还原介体，以提高乙醇氧化的检测灵敏度。将该器件成功集成到流动注射分析（FIA）工作模式后，获得了较高的检测灵敏度（74 ± 2.7 μA mM−1 cm−2）、较低的检出限（5 μM）以及从10 μM到1 mM的线性范围。由于响应时间短，在0.3 mL min−1流速下可实现67 h−1的样品通量。该生物传感器表现出较高的操作稳定性，在连续运行43 h后响应仅下降1.7%。最后，该器件被用于发酵样品中乙醇的分析，结果与高效液相色谱（HPLC）方法具有良好一致性。
英文摘要
A robust microbial biosensor was constructed from a bionanocomposite prepared by a direct mixing of bacterial cells of Gluconobacter oxydans and carbon nanotubes with ferricyanide employed as a mediator for enhanced sensitivity of ethanol oxidation. A successful integration of the device into flow injection analysis mode of operation provided a high sensitivity of detection of (74 ± 2.7) μA mM(-1) cm(-2), a low detection limit of 5 μM and a linear range from 10 μM up to 1 mM. A short response time of the biosensor allowed a sample throughput of 67 h(-1) at 0.3 ml min(-1). The biosensor exhibited high operational stability with a decrease in the biosensor response of 1.7% during 43 h of continuous operation. The device was used to analyse ethanol in fermentation samples with a good agreement with a HPLC method.