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
L-谷氨酸（L-glutamate）；样品基质：磷酸盐缓冲液（PBS, pH 7.4），文中亦面向脑细胞外液、生物流体和食品等应用。
检测原理
谷氨酸进入传感器界面后，被固定于 Th-MWCNTs 表面的 GLDH 催化氧化。在 NAD+ 存在下，谷氨酸转化为 2-氧代戊二酸并生成 NADH。Th 与 MWCNTs 形成协同电催化界面，显著降低 NADH 氧化过电位，使 NADH 可在较低电位（+0.145 V）被氧化，电子经 Th-MWCNTs 和金电极传递，形成阳极电流。谷氨酸浓度越高，单位时间内生成的 NADH 越多，稳态电流越大。该体系不依赖 HCR、RCA 或 CRISPR-Cas 等核酸放大，而是依靠酶促反应与 Th-MWCNTs 介导的电子转移实现信号增强。
检测灵敏度
LOD: 15.9 nM；线性范围: 0.1–500 µM；灵敏度: 281.6 µA mM^-1 cm^-2；R^2 = 0.9989；响应时间: ca. 3 s；KMapp: 1.67 mM
效应效果
传感器在 +0.145 V 下对谷氨酸响应约 3 s，检出限 15.9 nM，低于基于 GLOx 的谷氨酸微传感器（2.5 µM），线性范围 0.1–500 µM 宽于此前报道的 0.2–250 µM，灵敏度 281.6 µA mM^-1 cm^-2 高于 0.71 µA mM^-1。五个独立电极的 RSD 约 3.9%，100 µM 谷氨酸五次测定 RSD 约 4.3%，批间斜率 RSD 约 4.7%。4 °C 储存两周后保留约 96.2% 初始响应，连续使用一周后保留约 89.7%。在 100 µM 抗坏血酸、尿酸、葡萄糖和对乙酰氨基酚存在下无明显干扰电流。未报告实际样品加标回收率。作者认为该传感器可用于医疗保健领域谷氨酸检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金盘电极（gold electrode, GE，直径 3.0 mm），作为工作电极和电子换能器。
- 纳米材料修饰层：多壁碳纳米管（MWCNTs，10–25 nm）与劳氏紫/硫堇（Lauth’s Violet/thionine, Th）复合膜（Th-MWCNTs），提供导电网络、电子介导和酶固定基质。
- 识别元件：谷氨酸脱氢酶（glutamate dehydrogenase, GLDH），催化谷氨酸氧化并产生 NADH。
- 辅因子/电子供体：氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+），在酶反应中接受电子生成 NADH。
- 固定/封闭剂：牛血清白蛋白（BSA）与戊二醛（glutaraldehyde），交联固定 GLDH 并减少酶泄漏和失活。
- 信号产物：还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH），被 Th-MWCNTs 电催化氧化产生阳极电流。
- 检测读出：三电极电化学体系（Ag/AgCl 参比电极、Pt 对电极）在 +0.145 V 恒电位安培检测电流变化。
中文摘要
本文报道了一种基于还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）电催化氧化的高灵敏安培法 L-谷氨酸生物传感器。该传感器以劳氏紫（又称硫堇，Th）/多壁碳纳米管（MWCNTs）复合膜修饰金电极，复合膜同时作为电子介体和酶固定基质。将谷氨酸脱氢酶（GLDH）固定于 Th-MWCNTs 表面后，传感器对谷氨酸表现出快速响应（约 3 s）、低检出限（15.9 nM）、宽线性动态范围（0.1–500 µM）和高灵敏度（281.6 µA mM^-1 cm^-2），并具有较高生物亲和性、良好稳定性和重复性。作者还考察了其他生物化合物对传感器的干扰。Th-MWCNTs 体系提供了一种简单高效的 GLDH 与电极整合策略，可为多种酶的电化学检测及医疗保健领域应用提供分析途径。
英文摘要
A highly sensitive amperometric L-glutamate biosensor based on the electrocatalytic oxidation of reduced nicotinamide adenine dinucleotide has been developed on Lauth's Violet (known as thionine)/multiwalled carbon nanotubes (Th-MWCNTs) composite film, which is used as a mediator and an enzyme immobilization matrix. The glutamate biosensor, which is fabricated by immobilizing glutamate dehydrogenase (GLDH) on the surface of Th-MWCNTs, displayed a precipitous response (ca. 3 s), a low detection limit (15.9 nM), a wide linear dynamic range (0.1 to 500 microM), and high sensitivity of 281.6 microAmM(-1) cm(-2), higher biological affinity, as well as good stability and repeatability. Interferences from other biological compounds were also studied for the fabricated sensor. The Th-MWCNTs system exemplifies a simple and efficient approach to the assimilation of GLDH and electrodes, which can provide analytical access to a large group of enzymes for wide range of bioelectrochemical applications in health care fields.