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
肌酐（creatinine，Cr）；样品基质：血清（serum）
检测原理
该传感器采用三酶级联识别肌酐：肌酐在肌酐酶（CA）作用下水解为肌酸，肌酸在肌酸酶（CI）作用下生成肌氨酸和尿素，肌氨酸在肌氨酸氧化酶（SO）催化下与 O2 反应生成甲醛、甘氨酸和 H2O2。生成的 H2O2 在 Pt 电极表面于 0.4 V（vs Ag/AgCl）发生电催化氧化，释放电子形成安培电流。Fe3O4-NPs/CHIT-g-PANI 复合膜提供大比表面积、导电通道和酶固定微环境，促进电子转移并提高酶负载。因此电流响应随肌酐浓度增加而增大，在 1–800 μM 范围内线性，表观 Km 为 0.17 mM。
检测灵敏度
LOD: 1 μM (S/N = 3)；线性范围: 1–800 μM；灵敏度: 3.9 μA μM−1 cm−2；相关系数: r = 0.99
效应效果
该传感器响应快，2 s 内达 95% 稳态电流；在 100 μM 肌酐体系中，尿酸、胆红素、肌氨酸、尿素、丙酮酸基本无干扰，抗坏血酸和肌酸分别使响应升至 120% 和 115%。血清加标回收率为 98.97%（0.5 mg/dL）和 98.91%（1 mg/dL），批内和批间变异系数分别小于 4.15% 和 5.58%。与标准比色法比较，21 份血清样本相关系数 r=0.99。4 °C 保存 200 天、120 次使用后响应仅损失 10%，优于多种已有肌酐传感器。作者认为该传感器可用于临床肾功能监测。
传感器的构成
- 基底电极：Pt 电极，作为工作电极基底与电子传导通道。
- 纳米复合修饰层：Fe3O4-NPs/CHIT-g-PANI 复合膜，电沉积于 Pt 表面，提供大比表面积、导电性和酶固定微环境。
- 交联固定层：glutaraldehyde (GA)，通过醛基与 CHIT/PANI 及酶氨基反应，共价固定三酶。
- 识别元件：creatininase (CA)、creatinase (CI)、sarcosine oxidase (SO)，级联催化肌酐转化为 H2O2。
- 信号转换物：H2O2，由 SO 催化生成，在 0.4 V 下于电极表面氧化产生电流。
- 检测电极体系：Ag/AgCl 参比电极与 Pt 辅助电极，构成三电极安培检测系统。
中文摘要
本研究将来自假单胞菌的肌酐酶（CA）、肌酸酶（CI）和来自芽孢杆菌的肌氨酸氧化酶（SO）共固定于电沉积在铂电极表面的氧化铁纳米粒子/壳聚糖接枝聚苯胺（Fe3O4-NPs/CHIT-g-PANI）复合膜上，通过戊二醛偶联构建肌酐生物传感器。以该酶修饰 Pt 电极为工作电极，Ag/AgCl 为参比电极，Pt 丝为辅助电极。采用透射电镜（TEM）表征 Fe3O4-NPs，并用循环伏安（CV）、扫描电镜（SEM）、傅里叶变换红外（FTIR）和电化学阻抗谱（EIS）表征酶电极。传感器在 pH 7.5、30 °C、0.4 V（vs Ag/AgCl）下 2 s 内达到最佳响应。电流响应与肌酐浓度在 1–800 μM 范围内呈线性，灵敏度为 3.9 μA μM−1 cm−2，检出限为 1 μM（S/N=3），表观 Michaelis–Menton 常数 Km 为 0.17 mM。4 °C 保存下使用 120 次、200 天后初始响应仅损失 10%。传感器用于检测表观健康人血清肌酐，与标准比色法相关性良好（r=0.99）。
英文摘要
Commercial enzymes, creatininase (CA) from Pseudomonas sp, creatinase (CI) from Pseudomonas sp, sarcosine oxidase (SO) from Bacillus sp were co-immobilized onto iron oxide nanoparticles/chitosan-graft-polyaniline (Fe(3)O(4)-NPs/CHIT-g-PANI) composite film electrodeposited on surface of Pt electrode through glutaraldehyde coupling. Transmission electron microscopy (TEM) was used for characterization of Fe(3)O(4)-NPs. A creatinine biosensor was fabricated using Enzymes/Fe(3)O(4)-NPs/CHIT-g-PANI/Pt electrode as working electrode, Ag/AgCl as reference electrode and Pt wire as auxiliary electrode. The enzyme electrode was characterized by cyclic voltammetry (CV), scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopic and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The biosensor exhibited an optimum response within 2s at pH 7.5 and 30 °C, when polarized at 0.4V vs Ag/AgCl. The electrocatalytic response showed a linear dependence on creatinine concentration ranging from 1 to 800 μM. The sensitivity of the biosensor was 3.9 μA μM(-1) cm(-2), with a detection limit of 1 μM (S/N=3). Apparent Michaelis-Menton (K(m)) value for creatinine was 0.17 mM. The biosensor showed only 10% loss in its initial response after 120 uses over 200 days, when stored at 4 °C. The biosensor measured creatinine in the serum of apparently healthy persons which correlated well with a standard colorimetric method (r=0.99).