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
L-精氨酸（L-arginine, L-Arg）；样品基质：含 L-Arg 商业药物样品（Tivortin、Citrarginine、Aminoplazmal 10% E）及磷酸盐缓冲液标准溶液
检测原理
L-精氨酸在精氨酸酶 I 催化下水解为 L-鸟氨酸和尿素；尿素进一步被脲酶水解生成铵离子（NH4+）和碳酸氢根。生成的 NH4+ 扩散进入 PANi–Nafion 膜，改变聚苯胺的掺杂/去掺杂状态或触发 PANi 在铂电极表面的还原，使导电聚合物界面发生电荷转移，从而在固定电位 -200 mV 下产生安培电流。电流大小与 NH4+ 浓度相关，进而与 L-Arg 浓度呈正相关。Nafion 提供磺酸基团电荷补偿并促进铵离子传输，PANi 作为铵敏感导电聚合物实现信号放大；双酶级联将非电活性 L-Arg 转化为可电化学生物传感的 NH4+，提高选择性。
检测灵敏度
LOD: 0.038 mM；线性范围: 0.07–0.6 mM；灵敏度: 110±71.3 nA/(mM mm2)；R² = 0.977
效应效果
该传感器对 L-精氨酸选择性良好，对 Ile、Lys、Thr、Orn、Ser、Val、Cys 和 citrulline 基本无响应；仅 canavanine 产生略高信号，但生物流体中罕见。稳定性方面，72 h 监测显示 24 h 活性下降约 80%，半衰期约 72 h，作者归因于 CAG 固定较弱。实际样品用标准加入法测定三种药物，与声明值差异 0.5–2.5%，CV 为 0.8%、1.4%、2.2%；Citrarginine 斜率干扰 24.7%，Aminoplazmal 10% E 约 10%。与已有 L-Arg 传感器相比，响应时间 10 s，快于 0.7–12 min，LOD 0.038 mM、线性 0.07–0.6 mM，适合临床与食品质控。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：铂（Pt）棒电极，直径 3.0 mm，作为工作电极与电子传导基底
- 离子交换/电荷补偿层：Nafion 全氟磺酸树脂，涂覆于 Pt 表面，提供磺酸基团并辅助铵离子传感
- 导电聚合物铵敏感层：聚苯胺（PANi），循环伏安电聚合形成约 367 nm 膜，感应 NH4+ 并产生电流
- 识别/催化元件：重组人精氨酸酶 I（arginase I）与商业脲酶（urease），催化 L-Arg 转化为尿素并水解为 NH4+
- 固定/保护凝胶层：钙藻酸盐凝胶（CAG，海藻酸钠与 CaCl2 交联），物理固定双酶层
- 工作介质：30 mM 磷酸盐缓冲液（PB），pH 7.5，维持酶活性与电化学测量环境
- 信号读出：CHI 1200 A 恒电位仪，在 -200 mV vs Ag/AgCl 下安培检测
中文摘要
本文报道了一种新型 L-精氨酸选择性双酶安培生物传感器。该传感器以从基因工程甲基营养酵母 Hansenula polymorpha 中分离的重组人精氨酸酶 I 和商业脲酶为识别/催化元件，传感层构建于聚苯胺（PANi）–Nafion 复合修饰的铂电极表面，并以钙藻酸盐凝胶（CAG）覆盖固定。L-精氨酸在精氨酸酶 I 催化下生成鸟氨酸和尿素，尿素再经脲酶水解产生铵离子；铵离子扩散至 PANi–Nafion 膜并引起 PANi 在铂电极上的还原，从而产生安培电流。传感器对 L-精氨酸具有良好选择性，灵敏度为 110±71.3 nA/(mM·mm²)，表观 Michaelis–Menten 常数为 1.27±0.29 mM，线性范围为 0.07–0.6 mM，检出限为 0.038 mM，响应时间约 10 s，并表现出良好的储存稳定性。实验室原型采用标准加入法测定三种含 L-精氨酸商业药物样品，所得含量与生产商声明值吻合良好。
英文摘要
A novel L-arginine-selective amperometric bi-enzyme biosensor based on recombinant human arginase I isolated from the gene-engineered strain of methylotrophic yeast Hansenula polymorpha and commercial urease is described. The biosensing layer was placed onto a polyaniline-Nafion composite platinum electrode and covered with a calcium alginate gel. The developed sensor revealed a good selectivity to L-arginine. The sensitivity of the biosensor was 110 ± 1.3 nA/(mM mm(2)) with the apparent Michaelis-Menten constant (K(M)(app)) derived from an L-arginine (L-Arg) calibration curve of 1.27 ± 0.29 mM. A linear concentration range was observed from 0.07 to 0.6mM, a limit of detection being 0.038 mM and a response time - 10s. The developed biosensor demonstrated good storage stability. A laboratory prototype of the proposed amperometric biosensor was applied to the samples of three commercial pharmaceuticals ("Tivortin", "Cytrarginine", "Aminoplazmal 10% E") for L-Arg testing. The obtained L-Arg-content values correlated well with those declared by producers.