组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
D-丝氨酸（D-serine, D-Ser）；样品基质：脑细胞外液（ECF）、神经组织样品/脑内植入检测
检测原理
D-丝氨酸扩散穿过 PPD 与 Nafion 选择性膜后，被固定于电极表面的 DAAO 立体特异性识别并催化氧化。DAAO 以 FAD 为辅因子，将 D-丝氨酸氧化脱氨生成亚胺酸中间体，同时 FAD 被还原为 FADH2；FADH2 再被 O2 氧化再生 FAD，并产生 H2O2。H2O2 扩散至铂盘电极表面，在固定电位（如 +700 mV vs Ag/AgCl）发生氧化，产生与 D-丝氨酸浓度相关的安培电流。PPD/Naf 膜排斥抗坏血酸等电活性干扰，GA 交联提高酶固定稳定性。电流随 D-丝氨酸浓度呈 Michaelis–Menten 关系，低浓度区近似线性，线性区斜率 LRS≈Jmax/KM。该过程无需外源标记，可实现脑内实时监测。
检测灵敏度
LOD: 20 nM；LOD: 20 ± 0.07 nM；灵敏度斜率: 61 ± 7 μA cm−2 mM−1
效应效果
该传感器体外响应时间约 1 s，可实时监测脑内 D-丝氨酸；PPD 膜对 >200 μM 抗坏血酸有良好排斥能力，Nafion 进一步降低阴离子干扰。体内实验中，裸 PtD、PtD/PPD 和 PtD/PPD/Naf/GA/DAAO 基线电流分别为 1.30±0.08、−0.10±0.04 和 0.35±0.05 nA（n=6）；微注射 D-丝氨酸可验证 DAAO 功能，无酶空白电极无相应信号。全身给予 10 mmol/kg D-丝氨酸后，植入前脑的传感器电流约 12 min 后升高，由 97±3 pA 升至 133±6 pA，约 30 min 后回落。与 HPLC/CE 约 2 min 时间分辨率相比，该无试剂安培微传感器更适合行为学背景下的实时脑内监测；连续 8 h 使用后可出现血液污染导致的酶失活。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：125 μm 直径铂盘电极（PtD，或 Pt/Ir 盘电极），提供固定电位安培检测 H2O2 的导电界面。
- 离子选择性膜：聚邻苯二胺（PPD，poly-o-phenylenediamine）电聚合层，排斥抗坏血酸等电活性干扰物。
- 阴离子屏障：Nafion（Naf）层，进一步阻挡阴离子干扰并稳定酶层。
- 交联/固定层：戊二醛（GA）作为胺反应性交联剂，固定 DAAO 并稳定界面。
- 识别/催化元件：D-氨基酸氧化酶（DAAO），立体特异性氧化 D-丝氨酸生成 H2O2。
- 信号产物：过氧化氢（H2O2），在 Pt 表面氧化产生与 D-丝氨酸浓度相关的电流。
中文摘要
本文以受邀综述形式讨论一种无试剂、选择性微生物传感器作为监测神经样品中 D-丝氨酸的替代工具。该 125 μm 直径盘式生物传感器主要由 D-氨基酸氧化酶（DAAO）提供对 D-丝氨酸的立体特异性识别与催化，以及聚邻苯二胺（PPD）膜用于排斥抗坏血酸等电活性干扰物。文中给出该传感器的线性区斜率为 61±7 μA cm−2 mM−1，检出限为 20 nM，响应时间约 1 s，适合脑内实时监测。作者还展示了在脑细胞外液中检测全身给予 D-丝氨酸的能力，并讨论 D-丝氨酸作为 NMDA 受体甘氨酸位点配体和胶质传递物在兴奋性毒性、学习记忆及神经精神疾病中的意义。该探针有望弥补 HPLC、毛细管电泳等方法时间分辨率不足的问题，用于脑内 D-丝氨酸动态变化研究。
英文摘要
This paper discusses the application of a reagentless, selective microbiosensor as a useful alternative tool for monitoring D-serine in neural samples. The main components of the 125-μm-diameter disk biosensor were D-amino acid oxidase for D-serine sensitivity (linear region slope, 61 ± 7 μA cm(-2) mM(-1); limit of detection, 20 nM), and poly-phenylenediamine for rejection of electroactive interference. The response time of the biosensor was of the order of 1 s, ideal for 'real-time' monitoring, and detection of systemically administered D-serine in brain extracellular fluid is demonstrated. Exploitation of this probe might resolve queries involving regulation of D-serine in excitotoxicity, and modulation of N-methyl-D-aspartate receptor function by D-serine and glycine in the central nervous system.