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
大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli）；样品基质：人工加标牛肉、猪肉、鸡肉、牛奶、自来水及缓冲液
检测原理
大肠杆菌细胞经IPTG诱导表达lacZ基因编码的β-半乳糖苷酶。在SDS和较高温度处理下，细胞膜通透性增加，使ONPG进入细胞或酶接触底物。β-半乳糖苷酶催化ONPG水解生成邻硝基苯酚（ONP）。ONP扩散至裸BDD工作电极表面，在+0.93 V发生氧化，产生与ONP生成速率相关的安培电流。由于ONP生成速率与细胞内酶活性及细胞浓度相关，电流速率随E. coli浓度增加而增大，形成双相校准曲线。无需电极表面修饰，污染后可用快速CV再生。
检测灵敏度
LOD: 4 × 10^4 cells/mL；线性范围: 4 × 10^4–2 × 10^5 cells/mL 与 2 × 10^5–6 × 10^6 cells/mL；灵敏度: (1.38 ± 0.38) × 10^-15 (A mL)/(s cell)（R^2 = 0.9919）和 (0.88 ± 0.12) × 10^-15 (A mL)/(s cell)（R^2 = 0.9912）；ONP LOD: 320 nM (S/N=3)，ONP灵敏度: 0.187 × 10^-7 A/µM。
效应效果
在优化条件下，BDD电极对ONP的安培信号较玻璃碳电极增强约2倍，且污染可通过约40次快速CV扫描再生。细胞检测重复性良好，电极稳定性RSD<7%（95%置信区间，n=12）；若不进行CV清洗，前3次运行信号损失92%。人工加标样品中，鸡肉和牛奶的电流速率分别为缓冲液对照的113%和130%，牛肉、猪肉和自来水为60%、37%和73%。总分析时间<1.5 h，作者认为可与PCR、免疫分析等现有方法相比，适用于食品和水样现场快速检测。
传感器的构成
- 工作电极/换能器：硼掺杂金刚石（BDD）电极（3 mm，0.1%掺杂），无表面修饰，在+0.93 V安培检测ONP氧化。
- 辅助电极：铂（Pt）丝（99.9%，1 mm），作为对电极。
- 参比电极：Ag/AgCl（3 M NaCl），提供稳定参比电位。
- 识别元件：大肠杆菌（E. coli ATCC 11303/10798）细胞内β-半乳糖苷酶（lacZ产物），经IPTG诱导表达，催化ONPG水解。
- 底物/信号前体：邻硝基苯基-β-D-半乳糖苷（ONPG，1 mM），被β-半乳糖苷酶水解。
- 信号产物：邻硝基苯酚（ONP，2-nitrophenol），在BDD电极表面氧化产生电流。
- 反应介质/辅助试剂：50 mM磷酸盐缓冲液（pH 7）、IPTG（0.5 mM）、SDS（0.05 mg/mL），用于诱导、增加细胞膜通透性和维持反应。
中文摘要
本研究利用大肠杆菌四聚体β-半乳糖苷酶催化邻硝基苯基-β-D-半乳糖苷（ONPG）水解释放邻硝基苯酚（ONP），用于食品中大肠杆菌污染的电化学检测。采用硼掺杂金刚石（BDD）电极在+0.93 V进行安培检测，无需表面修饰。酶活性通过异丙基-β-D-硫代半乳糖苷（IPTG）诱导，在十二烷基硫酸钠（SDS）存在下50 °C时活性最高。校准曲线呈双相：4×10^4–2×10^5 cells/mL和2×10^5–6×10^6 cells/mL。检出限为4×10^4 cells/mL，总分析时间<1.5 h。约40次快速循环伏安扫描可消除电极污染。方法可用于人工加标牛肉、猪肉、鸡肉、牛奶和自来水中大肠杆菌检测。
英文摘要
o-Nitrophenol, released from o-nitrophenyl-beta-D-galactopyranose as catalyzed by beta-galactosidase, a tetramer of Escherichia coli, has been exploited for the detection of E. coli contamination in foodstuffs. This reaction was detected using a boron doped diamond electrode poised at +0.93 V, without any surface modification. The enzyme was effectively induced by isopropyl-beta-D-thiogalacto-pyranoside with the maximum enzyme activity observed with sodium dodecyl sulfate at 50 degrees C. A biphasic calibration plot was observed: 4 x 10(4) to 2 x 10(5) cells/mL and 2 x 10(5) to 6 x 10(6) cells/mL for the first and second region, respectively. The detection limit was 4 x 10(4) cells/mL with a total analysis time of <1.5 h. Electrode fouling was easily overcome by approximately 40 rapid CV scans, and the method was applicable for detecting E. coli in artificially spiked samples of beef, pork, chicken, milk, and tap water.