组成图示
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传感器类型
纳米孔生物传感器
检测对象
葡萄糖（glucose, Glc）；样品基质：0.1 M PBS缓冲液（pH 7.0）
检测原理
葡萄糖进入共价固定于锥形纳米孔壁的GOx催化位点，在氧气存在下被氧化为葡萄糖酸内酯并进一步水解为葡萄糖酸，同时生成H2O2。反应使孔内局部pH下降，并产生葡萄糖酸根和质子等可扩散离子，改变纳米孔尖端受限区域的表面电荷与离子电导。锥形孔结构使电压降聚焦于尖端，增强对局部电导变化的响应；原本由孔壁电荷引起的二极管样整流I–V曲线随葡萄糖浓度增加趋于欧姆甚至轻微反向，离子电流增大。通过Ag电极施加1 Hz正弦电压并记录电流/电压曲线，整流比和电流随葡萄糖对数浓度变化，从而实现检测。
检测灵敏度
检测范围: 10 μM–1 M（原文：between 10 μM and 1 M）；对数线性范围: 10 μM–0.5 M（原文：from 10 μM to 0.5 M）
效应效果
传感器对葡萄糖具有酶特异性，未接GOx膜无响应；三个传感器校准曲线平行，绝对电流差约一个数量级，归一化后重复测量偏差小于2倍。小浓度变化响应时间<20–30 s；单个传感器可重复使用至少10次，室温稳定至少1天，4°C保存可超过1周。仔细测量时中心范围准确度约±10%，不同传感器间响应差异约2±1倍。作者认为该传感器小型、轻便，覆盖医学应用范围，可拓展至其他酶及多酶级联，并与半导体/硅集成。
传感器的构成
- 基底/换能膜：12 μm PET（Melinex）膜，经250 MeV Kr离子辐照并单面0.2 M NaOH蚀刻，形成锥形纳米孔，作为离子电流通道与反应受限区。
- 电极：直径0.5 mm、长1 cm银丝电极，置于膜两侧约1 cm处，施加1 Hz正弦电压并测量离子电流。
- 表面活化层：MES缓冲液（0.1 M MES、0.5 M NaCl、pH 6.0）中EDC（2 mM）与sulfo-NHS（5 mM）活化PET暴露羧基，形成可共价连接酶氨基的活性酯。
- 识别/催化元件：黑曲霉葡萄糖氧化酶（GOx，0.5 mg/mL）共价连接于纳米孔壁，催化葡萄糖氧化。
- 检测缓冲液：0.1 M PBS（pH 7.0），用于洗涤未结合酶并提供葡萄糖检测介质。
- 信号产生物：GOx催化葡萄糖氧化产生的H2O2、葡萄糖酸/质子，改变纳米孔局部pH与离子电导，形成电流/整流信号。
中文摘要
本文提出一种基于葡萄糖氧化酶（GOx）共价连接于蚀刻核径迹膜纳米孔的新型葡萄糖生物传感器概念。该器件利用高能重离子辐照聚合物膜形成的锥形纳米孔作为反应与换能单元，将膜置于离子电流路径中，通过纳米孔电阻和整流特性的变化电学感知孔内受限的催化反应。传感器可检测10 μM至1 M的生理相关葡萄糖浓度。由于葡萄糖氧化反应产生可扩散的小分子产物，避免纳米孔尖端被识别物堵塞，因此该催化型传感器具有可重复使用性。作者展示了传感器制备的简便性、纳米孔内酶的稳定性，并指出该方法可扩展至其他酶及多种传感与催化构型，利用纳米孔膜实现生物催化、底物与产物富集。这是此类纳米孔器件首次用于生物催化转化。
英文摘要
A novel concept for a glucose biosensor based on the enzyme glucose oxidase covalently linked to nanopores of etched nuclear track membranes is presented. This device can be used to detect physiologically relevant glucose concentrations between 10 microM and 1 M. The sensitive catalytic sensor can be made re-usable due to the production of diffusible products from the oxidative biomolecular recognition event. We have demonstrated both the simplicity with which this sensor can be produced and the stability of the enzyme embedded in the nanopores. We strongly believe that the approach could be expanded for different enzymes and variable configurations of sensing and catalysis using membranes with nanopores for biocatalysis and enrichment of substrates and products. This is the first time that such devices are being used for biocatalytic transformations.