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
糖化血红蛋白（HbA1c，glycated hemoglobin）、果糖基缬氨酸（FV，fructosyl valine）；样品基质：EDTA抗凝全血（裂解/蛋白酶消化后）
检测原理
全血中HbA1c经裂解和蛋白酶消化后，β链N端糖化残基被释放为果糖基缬氨酸（FV）。FV作为FAO底物，在O2存在下发生氧化脱糖反应，生成缬氨酸、葡萄糖酮和H2O2。H2O2一方面可在+0.27 V（vs Ag/AgCl）下被直接电氧化，另一方面在HRP催化下氧化4-氨基安替比林（4-AA）生成醌胺染料，后者再被电氧化产生安培电流。电流大小与H2O2、FV及HbA1c浓度成正比。ZnONPs/PPy复合膜提供高比表面积、良好导电性和静电固定位点，FAO/HRP酶级联反应实现信号放大，使传感器具有快速响应和较高灵敏度。
检测灵敏度
LOD: 50 μM（S/N=3）；线性范围: 0.1–3.0 mM FV；灵敏度: 38.42 μA mM^-1；R^2 = 0.9837（HbA1c与标准免疫法相关性）
效应效果
传感器2 s内响应，FV线性范围0.1–3.0 mM，灵敏度38.42 μA mM^-1，高于文献0.4 μA mM^-1 cm^-2。干扰物影响较小：胆红素、甘油三酯、尿素、抗坏血酸、尿酸、葡萄糖使响应分别降低3.76%、4.52%、5.26%、8.85%、21.28%、21.51%。全血加标FV（1和2 mM）回收率94.00%–98.90%，批内/批间CV为1.58%/2.07%。与免疫法比较，40例全血回归方程y=0.9618x−0.5358，R^2=0.9837。4 °C储存160 d或260次使用后损失30%活性。健康人HbA1c 4.0%–5.6%，糖尿病患者5.7%–12.0%。
传感器的构成
- 工作电极基底：金电极（Au），直径1.0 mm，提供导电基底与电子转移动界面
- 导电聚合物修饰层：聚吡咯（PPy），由吡咯在K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6中循环伏安电聚合，形成导电网络
- 纳米材料修饰层：氧化锌纳米颗粒（ZnONPs），电沉积/复合于PPy，高IEP（9.4）通过静电作用固定FAO并增强导电
- 识别/催化元件：果糖基氨基酸氧化酶（FAO），物理吸附/静电结合于ZnONPs/PPy，催化FV氧化脱糖生成H2O2
- 信号标记酶：辣根过氧化物酶（HRP），在反应体系中催化H2O2氧化4-氨基安替比林（4-AA）
- 信号底物：4-氨基安替比林（4-AA），与H2O2在HRP催化下生成可电氧化醌胺染料
- 参比电极：Ag/AgCl（饱和KCl），提供稳定电位参考
- 辅助电极：铂电极（Pt），完成三电极安培检测体系
中文摘要
测定全血中糖化血红蛋白（HbA1c）水平可反映糖尿病患者近2–3个月的平均血糖控制情况，且不受短期血糖波动影响。现有HbA1c检测方法包括免疫分析、离子交换色谱和生物传感器等，但常存在灵敏度不足、检出限较高、响应慢和储存稳定性差等问题。本文报道一种安培型HbA1c生物传感器：将果糖基氨基酸氧化酶（FAO）固定于电沉积在Au电极上的氧化锌纳米颗粒/聚吡咯（ZnONPs/PPy）杂化膜上，以Ag/AgCl为参比电极、Pt为辅助电极。全血样品经裂解和蛋白酶消化后，释放果糖基缬氨酸（FV），FAO催化其氧化脱糖生成H2O2，并在+0.27 V（vs Ag/AgCl）、pH 7.0、35 °C下2 s内检测。该电极对FV的检出限为50 μM（S/N=3），线性范围0.1–3.0 mM，灵敏度38.42 μA mM^-1；4 °C储存160 d仅损失30%初始响应。传感器测得健康人全血HbA1c为4.0%–5.6%，糖尿病患者为5.7%–12.0%。
英文摘要
Measurement of hemoglobin A1c (HbA1c, glycated hemoglobin) level in blood provides the long-term glucose level in diabetic patients without the influence of short-term fluctuations. The existing methods for HbA1c determination, including biosensors, suffer from insufficient sensitivity, detection limit, response time, and storage stability. These problems were overcome in the current biosensor. A method is described for construction of an amperometric HbA1c biosensor by immobilizing a fructosyl amino acid oxidase (FAO) onto zinc oxide nanoparticles/polypyrrole (ZnONPs/PPy) hybrid film deposited onto gold (Au) electrode and using it as working electrode, Ag/AgCl as reference electrode, and platinum (Pt) as auxiliary electrode. The whole blood samples were hemolyzed and digested by protease before measuring their HbA1c level by the biosensor. The enzyme electrode detected fructosyl valine (FV) as low as 50μM at a signal-to-noise ratio of 3 within 2s at +0.27V versus Ag/AgCl, pH7.0, and 35°C with a linear working range of 0.1 to 3.0mM for FV and sensitivity of 38.42μAmM(-1). The electrode showed only a 30% loss of its initial response over a period of 160days when stored at 4°C. The biosensor measured HbA1c in whole blood of apparently healthy individuals and diabetic patients and found it to be in the ranges of 4.0% to 5.6% and 5.7% to 12.0%, respectively.