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
乳酸（lactate）；样品基质为磷酸盐缓冲液（含 1 M NaCl），生物燃料电池中为乳酸/空气电池溶液。
检测原理
PQQ-LDH 是含 PQQ 辅因子和多个 heme-c 的醌血红素蛋白。乳酸在酶活性位被 PQQ 氧化，电子经 PQQ 传递至 heme-c，再由 heme-c 直接转移至金或碳电极表面，无需外源电子媒介体。电极上发生乳酸氧化时产生可逆/准可逆伏安峰，峰电流随乳酸浓度增加而线性增大，从而实现电化学检测。在 TBAB 改性 Nafion 膜中固定后，酶微环境更稳定，电子转移界面更鲁棒。用于生物燃料电池时，阳极乳酸氧化释放电子，电子经外电路到达阴极，与溶解氧发生还原反应，产生电流和功率密度。
检测灵敏度
金电极线性范围: 2.0–6.0 mM；斜率: 1.81±0.17×10−7 A/mM；R^2 = 0.984；碳电极线性范围: 10–30 mM；斜率: 2.59±0.45×10−7 A/mM；R^2 = 0.942
效应效果
三种菌源 PQQ-LDH 比活性分别为 3.7、0.90 和 0.52 µmol·min−1·mg−1，4 L 菌体约获 0.5 mg 酶。金电极上乳酸氧化峰位于 0.477 V（vs Ag/AgCl），高于 PQQ-ADH 乙醇氧化的 0.317 V，且乳酸校准斜率比乙醇大 88%；碳电极峰位于 0.164 V（vs Ag/AgCl）。乳酸/空气燃料电池在 10、25、50 mM 乳酸下功率密度分别为 18.0±0.16、22.0±0.18 和 20.3±0.24 µW/cm2，开路电位 0.85±0.02 V，45 天无明显性能下降；pH 5.5–8.5 内功率无显著相关，显示 TBAB-Nafion 固定膜带来良好 pH 稳定性。作者认为该酶可用于 DET 型乳酸传感器和生物燃料电池。
传感器的构成
- 换能器电极：金电极（Au）或碳丝网印刷电极（C SPE），提供电子转移界面
- 识别/催化元件：PQQ-LDH，直接吸附或固定于电极，识别并催化乳酸氧化
- 固定膜：TBAB 改性 Nafion 膜，包埋 PQQ-LDH，缓冲微环境并增强稳定性
- 电极载体：Toray 碳纤维纸（CFP），用于生物阳极导电支撑
- 电解质：磷酸盐缓冲液（PB）含 1 M NaCl，提供离子导电
- 参比/对电极：Ag/AgCl 参比电极与 Pt 网或碳对电极，完成电化学回路
中文摘要
本研究报道了从 Gluconobacter sp. 33 和 Gluconobacter suboxydans 中分离并纯化一种新的 PQQ 依赖乳酸脱氢酶（PQQ-LDH）。作者先对细菌进行裂解并收集膜组分，再用 Triton X-100 溶解膜结合酶，随后经 DEAE 阴离子交换和羟基磷灰石色谱纯化。SDS-PAGE 显示纯化酶含约 80 和 60 kDa 亚基，符合含 PQQ 与 heme-c 的醌血红素蛋白特征。循环伏安结果表明，PQQ-LDH 可直接在金电极和碳丝网印刷电极上进行直接电子转移（DET），乳酸氧化峰电流随乳酸浓度线性增加。将 PQQ-LDH 固定于 TBAB 改性 Nafion 膜中构建乳酸/空气生物燃料电池，10–50 mM 乳酸下功率密度约 18.0–22.0 µW/cm2，开路电位 0.85±0.02 V，45 天内无明显衰减，并在 pH 5.5–8.5 范围内保持稳定。该工作为基于 DET 的乳酸电化学传感器和生物燃料电池提供了新酶源。
英文摘要
This research details the isolation and purification of a new type of lactate dehydrogenase that is dependent upon the coenzyme pyrroloquinoline quinone (PQQ). PQQ-dependent enzymes have been of interest in the literature over the last decade due to the fact that many of them can undergo direct electron transfer (DET) at electrode surfaces which is of interest for biosensor and biofuel cell applications. In the paper, we detail the isolation of PQQ-dependent lactate dehydrogenase (PQQ-LDH) from two sources of Gluconobacter (Gluconobacter sp. 33 and Gluconobacter suboxydans). This paper also shows the first evidence that PQQ-LDH can undergo direct electron transfer at gold and carbon electrode surfaces for future use in biosensors and biofuel cells.