组成图示
示意图生成中
传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
胆固醇（cholesterol），样品基质为磷酸盐缓冲液（PBS, pH 7.2）中的水相标准溶液（由异丙醇/Triton X-100 储备液稀释）
检测原理
胆固醇在胆固醇氧化酶（ChOx）催化下与氧气反应生成 cholest-4-en-3-one 和过氧化氢（H2O2）。HRP 进一步催化 H2O2 与酚及 4-氨基安替比林反应，生成醌亚胺染料，其吸光度随胆固醇浓度升高而增大，实现光学检测。在安培模式下，ITO 工作电极在 0.75 V（vs Ag/AgCl）下氧化 H2O2，产生与 H2O2 浓度成正比的电流，从而间接反映胆固醇浓度。TEOS 溶胶-凝胶膜提供多孔支撑，BSA 膜通过疏水/离子作用减少开裂并提高稳定性，戊二醛共价偶联增加酶负载并降低泄漏，使信号随被测物浓度线性变化。
检测灵敏度
线性范围: 2–8 mM（光学）；2–12 mM（安培）
效应效果
该传感器在光学模式下对 2–8 mM 胆固醇呈线性响应，响应时间约 20 s；安培模式下在 2–12 mM 范围内线性，响应时间约 10 s，12 mM 时最大电流约 70 μA。酶动力学显示在 pH 6.8、35 °C 下 Km 为 21.2 mM。SEM 显示 BSA 覆盖后膜表面平滑、非脆，酶呈聚集附着；UV-vis 和 FTIR 证实酶保持活性。过夜浸泡未观察到 ChOx 泄漏。传感器在室温干燥条件下货架寿命约 8 周，性能下降约 1.5–2.5%。作者认为低电位电化学测量可减少干扰，BSA/TEOS 结构生物相容性较好，可用于体内胆固醇检测。
传感器的构成
- 基底/换能器：氧化铟锡（ITO）玻璃板，作为透明导电工作电极
- 溶胶-凝胶修饰层：四乙基正硅酸酯（TEOS）溶胶-凝胶膜，旋涂形成多孔硅基质并支撑酶膜
- 疏水处理层：二氯二甲基硅烷（dichlorodimethylsilane）处理，增强表面疏水性并降低生物污损
- 蛋白间隔层：牛血清白蛋白（BSA）膜，通过离子/疏水作用附着，减少开裂并提供酶偶联位点
- 识别/催化元件：胆固醇氧化酶（ChOx）与辣根过氧化物酶（HRP），经戊二醛（glutaraldehyde）共价偶联，催化胆固醇氧化及 H2O2 反应
- 信号试剂：酚（phenol）与 4-氨基安替比林（4-aminoantipyrine），在 HRP 催化下与 H2O2 生成醌亚胺染料用于光学检测
- 检测介质：0.1 M 磷酸盐缓冲液（PBS, pH 7.2），维持酶活性并用于电化学/光学测量
中文摘要
本文报道了一种基于溶胶-凝胶膜的胆固醇生物传感器。作者采用旋涂法在氧化铟锡（ITO）玻璃板上制备四乙基正硅酸酯（TEOS）溶胶-凝胶膜，并通过二氯二甲基硅烷处理增强表面疏水性；随后利用离子和疏水相互作用在 TEOS 膜表面覆盖牛血清白蛋白（BSA）膜，以减少膜开裂、降低生物污损并提高稳定性。胆固醇氧化酶（ChOx）和辣根过氧化物酶（HRP）通过戊二醛与 BSA 膜共价偶联，从而提高酶负载量并改善灵敏度。所制备的 ITO–TEOS–BSA–ChOx/HRP 膜经紫外-可见光谱、傅里叶变换红外光谱和扫描电镜表征。光学响应在胆固醇浓度 2–8 mM 范围内呈线性，响应时间约 20 s；安培响应在 2–12 mM 范围内呈线性，响应时间约 10 s。测得 Michaelis–Menten 常数为 21.2 mM，传感器在室温干燥条件下货架寿命约 8 周。
英文摘要
Sol-gel derived tetraethylorthosilicate (TEOS) films were prepared by spin coating method on indium tin oxide (ITO) coated glass plate. Hydrophobic interaction method was used to coat the bovine serum albumin film over the surface of tetraethylorthosilicate sol-gel film to minimize cracking, biofouling and to improve the stability of the film. Cholesterol oxidase (ChOx) and horseradish peroxidase (HRP) were immobilized using covalent linkage with bovine albumin serum film to enhance the loading of the enzyme to improve the sensitivity of biosensor. Further ITO-TEOS-BSA-ChOx/HRP film was characterized by UV-vis, FTIR and SEM techniques. The optical response of the ITO-TEOS-BSA-ChOx/HRP biosensor was found to be linear in the range of 2-8mM for cholesterol concentration with response time approximately 20s. Amperometric response of ITO-TEOS-BSA-ChOx/HRP was observed to be linear in the range of 2-12mM of cholesterol concentration with 10-s response time. Michaelis-Menten constant was calculated 21.2mM .The shelf life of ITO-TEOS-BSA-ChOx/HRP biosensor was approximately about 8 weeks in desiccated conditions at room temperature.