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
谷氨酸（glutamate，L-谷氨酸）；样品基质：0.1 M 磷酸盐缓冲液（pH 8.3），文中称可用于生理水平（如细胞外液/生物体液）检测。
检测原理
谷氨酸进入电极表面后，被固定的谷氨酸脱氢酶（GlDH）催化氧化为 α-酮戊二酸，同时溶液中的 NAD+ 被还原为 NADH。NADH 在硫堇（Th）/单壁碳纳米管（SWNTs）复合膜上发生电催化氧化：Th 作为可逆氧化还原介体，SWNTs 提供高导电三维网络并促进电子转移，二者协同使 NADH 在约 190 mV（vs. NHE）低电位下氧化。谷氨酸浓度增加使酶促生成 NADH 的速率增加，电极安培电流随之增大；在 0.5–400 μM 范围内近似线性，高浓度时因酶动力学趋于饱和。低工作电位避免抗坏血酸、尿酸等干扰物氧化。
检测灵敏度
LOD: 0.1 μM；线性范围: 0.5–400 μM；灵敏度: (137.3 ± 15.7) μA mM−1 cm−2；斜率: (18.4 ± 2.1) μA mM−1；R^2 = 0.996
效应效果
传感器响应时间约 5 s，明显快于 GlOx 型（20–30 s）。在 0.1 mM 抗坏血酸、尿酸和 4-乙酰氨基酚存在下无明显干扰电流，选择性来自 190 mV 低工作电位。重现性良好：5 个电极 RSD 约 3.2%，0.1 mM 谷氨酸测定 RSD 约 3.8%，批间斜率 RSD 约 4.1%。稳定性方面，4 ℃ 缓冲液保存 2 周仍保留约 93% 响应，连续使用 1 周保留约 85%。其 LOD 0.1 μM 低于 GlOx 微传感器 2.5 μM，线性范围宽于 0.2–250 μM，灵敏度高于 0.71±0.08 μA mM−1，表观 Michaelis 常数 1.74 mM，适合生理水平（1–80 μM）谷氨酸检测。
传感器的构成
- 基底/换能器：预处理玻碳电极（GC，3 mm），提供导电基底与电子转导界面。
- 纳米修饰层：单壁碳纳米管（SWNTs，<2 nm，2 mg/mL 悬液 2 μL 滴涂），提供三维纳米结构、增大有效面积并促进电子转移。
- 信号介体：硫堇（Th，0.5 mM 水溶液制备，吸附于 SWNTs），与 SWNTs 协同催化 NADH 低电位氧化，产生安培信号。
- 识别元件：谷氨酸脱氢酶（GlDH，5 mg/mL，与 1% BSA 等体积混合后 5 μL 涂覆），催化谷氨酸氧化并生成 NADH。
- 封闭/交联层：牛血清白蛋白（BSA，1%）与戊二醛（20 mM，4 μL），BSA 结合过量戊二醛防止酶失活，戊二醛交联固定 GlDH。
- 辅因子/电子供体前体：氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+，2.5 mM，pH 8.3 磷酸盐缓冲液），酶促反应中被还原为 NADH，再在电极上氧化。
中文摘要
本文报道了一种基于硫堇/单壁碳纳米管（Th–SWNTs）纳米复合物的谷氨酸（glutamate）生物传感器。该传感器以 Th–SWNTs 作为电子介体和酶固定基质，将谷氨酸脱氢酶（GlDH）固定于其表面。在酶促反应中，谷氨酸被氧化为 α-酮戊二酸并生成还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH），NADH 在修饰电极上发生电催化氧化，产生安培信号。该传感器响应时间约 5 s，检出限 0.1 μM，线性范围 0.5–400 μM，灵敏度为 (137.3±15.7) μA mM−1 cm−2，具有较高生物亲和性、良好稳定性和重复性。由于工作电位仅为 190 mV（vs. NHE），抗坏血酸、尿酸和 4-乙酰氨基酚等常见干扰物不产生干扰。该传感器可用于生理水平谷氨酸的定量检测，也为脱氢酶与电极的集成提供了简便有效策略，可拓展至生物传感器和生物燃料电池等应用。
英文摘要
A glutamate biosensor based on the electrocatalytic oxidation of reduced nicotinamide adenine dinucleotide (NADH), which was generated by the enzymatic reaction, was developed via employing a single-walled carbon nanotubes/thionine (Th-SWNTs) nanocomposite as a mediator and an enzyme immobilization matrix. The biosensor, which was fabricated by immobilizing glutamate dehydrogenase (GlDH) on the surface of Th-SWNTs, exhibited a rapid response (ca. 5s), a low detection limit (0.1 microM), a wide and useful linear range (0.5-400 microM), high sensitivity (137.3+/-15.7) microA mM(-1)cm(-2), higher biological affinity, as well as good stability and repeatability. In addition, the common interfering species, such as ascorbic acid, uric acid, and 4-acetamidophenol, did not cause any interference due to the use of a low operating potential (190 mV vs. NHE). The biosensor can be used to quantify the concentration of glutamate in the physiological level. The Th-SWNTs system represents a simple and effective approach to the integration of dehydrogenase and electrodes, which can provide analytical access to a large group of enzymes for wide range of bioelectrochemical applications including biosensors and biofuel cells.