组成图示
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传感器类型
电化学发光(ECL)生物传感器
检测对象
NADH（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸还原型，0.1 M PBS，pH 7.5）、乙醇（ethanol，0.1 M PBS，pH 7.5）
检测原理
乙醇脱氢酶（ADH）催化乙醇氧化，NAD+ 被还原为 NADH，NADH 生成量与乙醇浓度成正比。NADH 作为共反应物参与电极表面 Ru(bpy)3^2+ 的电化学发光：Ru(bpy)3^2+ 在约 1.15 V 氧化为 Ru(bpy)3^3+，随后与 NADH 反应生成激发态 Ru(bpy)3^2+*，退激发出光子。PSSG 中的磺酸基通过离子交换固定 Ru(bpy)3^2+，AuNPs 通过残留巯基自组装形成导电网络，降低电子转移电阻，促进 Ru(bpy)3^2+ 与金电极间电子隧穿，并提高 NADH 扩散，从而放大 ECL 信号。乙醇浓度越高，NADH 越多，ECL 强度越大。
检测灵敏度
NADH: LOD: 1 nM；线性范围: 2.5 nM–586 μM
乙醇: LOD: 12 nM；线性范围: 5 μM–5.2 mM
效应效果
该传感器对 NADH 的检出限较溶胶-凝胶 TiO2-Nafion-MWNT 电极低约两个数量级，较 CNT/Nafion 复合膜低约 800 倍，较单通道便携式流动注射堆叠 ECL 方法低约 50 倍；乙醇检出限较 Nafion-溶胶-凝胶电极低四个数量级，较 Ru(bpy)3^2+-AuNPs 聚集体电极低三个数量级，较溶胶-凝胶 TiO2-Nafion-MWNT 复合膜低两个数量级。连续循环 10 次 ECL 响应 RSD 为 0.6%。4 ℃干燥保存 1 周后对 5 mM 乙醇响应保留 85%，1 个月后保留 70%，优于 Nafion-溶胶-凝胶体系 2 周后仅保留 50%。作者认为该方法为脱氢酶基 ECL 生物传感器提供了通用、稳定、高灵敏平台。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金盘电极（Au electrode），提供导电基底并作为 ECL 换能器
- 溶胶-凝胶修饰层：部分磺化(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷溶胶-凝胶（PSSG，由 MPS 部分磺化制得），提供磺酸基离子交换位点固定 Ru(bpy)3^2+，残留巯基固定 AuNPs，并作为酶固定基质
- 纳米材料层：金纳米粒子（AuNPs），通过 PSSG 中残留巯基自组装固定，提供导电通路并加速电子转移
- 发光剂/信号标记物：三(2,2'-联吡啶)钌(II)（Ru(bpy)3^2+），通过 PSSG 磺酸基离子交换固定，作为 ECL 发光剂
- 识别元件：乙醇脱氢酶（ADH，来自酵母），与 PSSG 溶胶共固定，催化乙醇氧化生成 NADH
- 电子供体/共反应物：NADH，由 ADH 催化乙醇产生，作为 Ru(bpy)3^2+ 的 ECL 共反应物
中文摘要
本文报道了一种基于部分磺化溶胶-凝胶网络与金纳米粒子共固定三(2,2'-联吡啶)钌(II)和酶的电化学发光（ECL）生物传感器。部分磺化(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷溶胶-凝胶（PSSG）膜既作为离子交换剂固定 Ru(bpy)3^2+，又作为基质固定金纳米粒子（AuNPs），从而构建 AuNPs/PSSG/Ru(bpy)3^2+ 修饰电极。该电极可灵敏检测 NADH，检出限达 1 nM。AuNPs 促进 Ru(bpy)3^2+ 与电极间电子转移，为脱氢酶基 ECL 生物传感器提供生物相容平台。以乙醇脱氢酶（ADH）为模型，构建了乙醇 ECL 生物传感器，线性范围为 5 μM–5.2 mM，检出限为 12 nM。该传感器具有较高灵敏度、较宽线性范围和良好长期稳定性，可用于乙醇等底物检测。
英文摘要
We developed a stable, sensitive electrochemiluminescence (ECL) biosensor based on the synthesis of a new sol-gel material with the ion-exchange capacity sol-gel to coimmobilize the Ru(bpy)(3)(2+) and enzyme. The partial sulfonated (3-mercaptopropyl)-trimethoxysilane sol-gel (PSSG) film acted as both an ion exchanger for the immobilization of Ru(bpy)(3)(2+) and a matrix to immobilize gold nanoparticles (AuNPs). The AuNPs/PSSG/Ru(bpy)(3)(2+) film modified electrode allowed sensitive the ECL detection of NADH as low as 1 nM. Such an ability of AuNPs/PSSG/Ru(bpy)(3)(2+) film to promote the electron transfer between Ru(bpy)(3)(2+) and the electrode suggested a new, promising biocompatible platform for the development of dehydrogenase-based ECL biosensors. With alcohol dehydrogenase (ADH) as a model, we then constructed an ethanol biosensor, which had a linear range of 5 microM to 5.2 mM with a detection limit of 12nM.