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
黄嘌呤（xanthine）、次黄嘌呤（hypoxanthine）；样品基质：100 mM磷酸盐缓冲液（PBS），文中讨论血浆、尿液和食品样品
检测原理
该传感器以XDH为识别元件，PMS为人工电子传递介体。在pH 7缓冲液中，XDH催化次黄嘌呤氧化为黄嘌呤，并进一步将黄嘌呤氧化为尿酸，反应中酶被还原。PMSred在EPG电极表面被氧化为PMSox，PMSox作为外球电子受体接受XDHred的电子并再生PMSred，形成电催化循环。底物浓度升高时，酶促反应速率增加，PMS氧化还原循环加快，电极阳极电流随之增大；高浓度下受酶饱和和膜扩散限制，电流趋于平台。恒电位安培法在+50 mV（vs Ag/AgCl）读取电流，因电位低于尿酸、抗坏血酸和儿茶酚胺氧化电位，可避免干扰。
检测灵敏度
LOD: 0.25 nM (signal-to-noise ratio = 3)；线性范围: 1.0 × 10−5 至 1.8 × 10−3 M；R^2 = 0.994；灵敏度: 0.31 nA/μM；KM,app (xanthine) 1.0 ± 0.1 mM；KM,app (hypoxanthine) 630 ± 70 μM
效应效果
该传感器在+50 mV（vs Ag/AgCl）低电位工作，可避免尿酸、抗坏血酸和儿茶酚胺等约+300 mV氧化电位的干扰。与多种牛黄嘌呤氧化酶（XO）修饰电极相比，其黄嘌呤检出限0.25 nM更低，线性范围1.0×10−5至1.8×10−3 M更宽。稳定性方面，连续10次循环伏安测量阳极峰电流RSD<2%；4℃储存4天无明显衰减，2周下降12%，4周下降22%。三个独立电极对500 μM黄嘌呤的10次重复测量RSD为2.3%。作者指出其不能区分同时存在的黄嘌呤和次黄嘌呤，混合物需HPLC分离；但在健康人血浆/尿液中次黄嘌呤通常高于黄嘌呤至少5倍，主要响应来自次黄嘌呤。该传感器适用于生理pH下嘌呤代谢物检测及食品质量控制。
传感器的构成
- 基底电极：边缘面热解石墨（EPG）电极，作为导电换能器与电子传递界面。
- 识别元件：红螺菌黄嘌呤脱氢酶（XDH），直接吸附干燥成膜于EPG表面，催化次黄嘌呤/黄嘌呤氧化。
- 信号介体：吩嗪甲砜（PMS），作为人工电子传递伙伴，在XDH与EPG之间传递电子并产生安培电流。
- 限域膜：透析膜（MW cutoff 12 kDa），覆盖电极表面，防止XDH流失，允许底物与PMS扩散及尿酸离开。
- 密封固定件：特氟龙帽与橡胶O形圈，压紧透析膜并防止内部膜溶液泄漏。
- 缓冲介质：100 mM磷酸盐缓冲液（PBS，pH 7.0），维持生理pH与离子强度。
- 电化学系统：Ag/AgCl参比电极与铂丝对电极，用于三电极恒电位安培测量。
中文摘要
本文报道了一种基于红螺菌（Rhodobacter capsulatus）黄嘌呤脱氢酶（XDH）的低电位安培型电化学生物传感器，用于在生理pH条件下检测次黄嘌呤和黄嘌呤。作者将XDH固定于边缘面热解石墨（EPG）电极表面，并采用吩嗪甲砜（PMS）作为介体，作为XDH的人工电子传递伙伴。XDH通过氧化羟化机制催化次黄嘌呤氧化为黄嘌呤，并进一步将黄嘌呤氧化为尿酸。研究对施加电位和pH进行了优化，pH 7时催化电流最佳。在恒定电位安培法下，电极对黄嘌呤的电催化氧化电流在1.0×10−5至1.8×10−3 mol/L范围内呈线性响应，相关系数为0.994；检出限低至0.25 nM（信噪比=3）。该传感器工作电位低，可避免尿酸、抗坏血酸和儿茶酚胺等电活性物质的干扰，具有用于生物流体和食品中嘌呤代谢物检测的潜力。
英文摘要
The bacterial xanthine dehydrogenase (XDH) from Rhodobacter capsulatus was immobilized on an edge-plane pyrolytic graphite (EPG) electrode to construct a hypoxanthine/xanthine biosensor that functions at physiological pH. Phenazine methosulfate (PMS) was used as a mediator which acts as an artificial electron-transfer partner for XDH. The enzyme catalyzes the oxidation of hypoxanthine to xanthine and also xanthine to uric acid by an oxidative hydroxylation mechanism. The present electrochemical biosensor was optimized in terms of applied potential and pH. The electrocatalytic oxidation response showed a linear dependence on the xanthine concentration ranging from 1.0 × 10(-5) to 1.8 × 10(-3) M with a correlation coefficient of 0.994. The modified electrode shows a very low detection limit for xanthine of 0.25 nM (signal-to-noise ratio = 3) using controlled potential amperometry.