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
草酸盐（oxalate）；样品基质：尿液（urine，稀释后）及水溶液标准
检测原理
草酸盐进入酶层后，被草酸氧化酶（OXO）特异性催化氧化，O2 被还原为 H2O2 并释放 CO2；生成的 H2O2 在过氧化物酶（POD）催化下与载体中的 [Fe(CN)6]4- 反应，将其氧化为 [Fe(CN)6]3-。该酶促级联将草酸盐浓度转化为可电活性 [Fe(CN)6]3- 浓度，实现信号放大。双安培模式下，叉指金电极（IDE）两工作电极间施加 100 mV 小电位差，[Fe(CN)6]3- 在电极表面还原为 [Fe(CN)6]4-，产生与 [Fe(CN)6]3- 浓度成正比的电流。由于低电位和可逆氧化还原电对，方法对电化学干扰物选择性较高。最终峰电流随草酸盐浓度增加而增大，经流动注射系统读出。
检测灵敏度
LOD: 4.76 μM（测量池内），相当于未稀释样品 19.04 μM；线性范围: 50 μM–10 mM（水溶液草酸盐），5–100 μM（真实尿液样品）；斜率: 0.019 nA μM^-1（10 μL 进样），0.129 nA μM^-1（100 μL 进样），1.007（尿液加标-测得）；面积归一化灵敏度: 11.42 mA M^-1 cm^-2；R^2 = 0.9992、0.9960、0.9983
效应效果
该传感器在双安培模式下具有较高选择性，乙酰水杨酸、对乙酰氨基酚和尿酸无明显干扰；抗坏血酸可化学还原 [Fe(CN)6]3-，造成干扰，作者提出可用无酶参考池消除。尿液需稀释 20 倍以消除氯盐、磷酸盐、柠檬酸盐和乙酸盐对 OXO 的抑制，1:20 稀释时响应与缓冲液一致（99.8%）。加标回收相关系数 R^2=0.9983，斜率 1.007，截距 0.959 μM。稳定性测试 8 周，灵敏度由 0.135 nA μM^-1 降至 0.094 nA μM^-1，半衰期 >2 个月。响应时间 172 s，约 20 次/小时。与文献安培传感器相比，面积归一化灵敏度 11.42 mA M^-1 cm^-2，与文献 [4] 的 12.5 相近，高于文献 [9] 的 2.8。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：叉指金电极（interdigitated gold electrode, IDE, IME 1525.3 FD Au P）作为双安培换能器，提供两工作电极电流检测
- 识别/催化元件：草酸氧化酶（oxalate oxidase, OXO）特异性催化草酸盐氧化，生成 H2O2 和 CO2
- 信号放大元件：过氧化物酶（peroxidase, POD）催化 H2O2 氧化 [Fe(CN)6]4-，生成 [Fe(CN)6]3-
- 交联固定层：牛血清白蛋白（BSA）与戊二醛（glutaraldehyde, GLA）交联酶分子，形成稳定酶膜
- 载体/电子供体：琥珀酸缓冲液（succinic buffer, pH 3.6）、EDTA 和亚铁氰化钾（K4[Fe(CN)6], hexacyanoferrate(II)）维持酶活性并提供可逆氧化还原电对
- 信号产物：铁氰化钾（K3[Fe(CN)6], hexacyanoferrate(III)）由酶促反应生成，在 IDE 上还原产生双安培电流
- 检测系统：流动注射分析（FIA）装置、注射阀、混合线圈、电化学检测池和 Potentiostat 273 A 用于峰电流读出
中文摘要
本文报道了一种用于尿液草酸盐测定的新型双安培生物传感器。该传感器将草酸氧化酶（OXO）和过氧化物酶（POD）通过牛血清白蛋白（BSA）与戊二醛（GLA）共固定化于叉指金电极（IDE）表面，并在流动注射分析（FIA）条件下进行双安培测量。草酸盐在 OXO 催化下被氧化生成二氧化碳和过氧化氢，过氧化氢再在 POD 催化下氧化载体中的亚铁氰根 [Fe(CN)6]4- 为铁氰根 [Fe(CN)6]3-；后者在 IDE 上还原产生与草酸盐浓度成正比的双安培电流。研究优化了 pH、流速、亚铁氰化钾浓度和工作电位，并在水溶液草酸盐（50 μM–10 mM）和真实尿液样品（5–100 μM）中验证了方法。尿液基质中加标量与测得量之间相关性良好（R^2=0.9983）。此外，还考察了抗坏血酸、尿酸、对乙酰氨基酚和乙酰水杨酸等干扰物的影响。该传感器无需参比电极，具有小体积、高选择性和微流控集成潜力。
英文摘要
A biosensor for determination of oxalate concentration in urine has been developed by immobilisation of oxalate oxidase and peroxidase on the surface of an interdigitated gold electrode. Enzyme immobilisation was performed using BSA and glutaraldehyde. Biamperometric measurements were made in flow conditions both in aqueous oxalate solutions (tested concentration range between 50 microM and 10 mM) and in real urine samples (tested measuring range between 5 and 100 microM). Optimal working conditions were examined for flow-injection analysis, and good correlation was achieved between added oxalate quantity and the one measured by biosensor in urine matrix (R(2)=0.9983). The influence of some interferences (ascorbic acid, uric acid, paracetamol, acetylsalicylic acid) was also studied using biamperometric measurement mode.