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
胆碱（choline），样品基质为 pH 6.8 磷酸盐缓冲液（支持电解质）
检测原理
HFBI 分子具有两亲结构，可在金表面自组装形成稳定亲水薄膜，为 ChOx 提供高生物相容性固定界面。ChOx 催化胆碱与氧气反应，经甜菜碱醛生成甜菜碱，同时产生过氧化氢（H2O2）。在 +400 mV 工作电位下，H2O2 在金电极表面发生电化学氧化，电子经金电极进入外电路，形成稳态安培电流。电流大小与胆碱催化反应速率相关，随胆碱浓度升高而增大，在 0.01–1.0 mM 范围内呈线性，响应时间不超过 5 s。该体系未使用额外信号放大，主要依靠酶催化生成 H2O2 及电极表面氧化实现信号转换。
检测灵敏度
线性范围: 0.01–1.0 mM；R = 0.9996；p < 0.0001；Kapp_m: 1.30 mM；最大电流: 4578.27 nA（10 mM choline，0.238 μg ChOx）；响应时间: no longer than 5 s
效应效果
HFBI 自组装膜在 pH 1–13 范围内稳定，脱落量不超过 5%；QCM 测得 HFBI 覆盖密度 588 ng cm−2，ChOx 负载量 3366 ng cm−2。电极对 10 mM 胆碱的电流响应为 4578.27 nA，固定酶量仅 0.238 μg，明显高于先前 Pt/MWNT/ChOx 电极 40 μg 酶产生的 2063.74 nA。表观 Michaelis 常数 Kapp_m 为 1.30 mM，接近游离 ChOx 的 0.87 mM，说明酶活性保持良好。电极在 4 ℃ 磷酸盐缓冲液中保存 7 周后仍保留 85.7% 初始电流，优于先前电极 1 个月保留 75.7%。作者认为其可用于哺乳动物神经系统研究及胆碱酯酶抑制剂如有机磷农药检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极（gold electrode，直径3 mm），作为工作电极提供导电表面与电子转移动力。
- 自组装修饰层：疏水蛋白 HFBI（hydrophobin HFBI，7.5 kDa，来自 Trichoderma reesei），在金表面自组装形成稳定亲水薄膜，改善润湿性并固定蛋白。
- 识别/催化元件：胆碱氧化酶（ChOx，choline oxidase，EC 1.1.3.17），催化胆碱氧化并生成过氧化氢。
- 信号产物：过氧化氢（H2O2），由 ChOx 催化产生，在 +400 mV 下于金电极表面电化学氧化产生电流。
- 支持电解质：pH 6.8 磷酸盐缓冲液（Na2HPO4/KH2PO4），提供离子导电环境。
- 参比/对电极：Ag/AgCl 参比电极与 Pt 丝对电极，构成三电极电化学体系。
- 检测仪器：电化学工作站（Potentiostat-Galvanostat Model 283），在 +400 mV 进行安培法电流读出。
中文摘要
疏水蛋白（hydrophobins）是一类可在界面自组装并显著改变表面润湿性的小真菌蛋白。本文报道了来自 Trichoderma reesei 的 7.5 kDa 疏水蛋白 HFBI 在金表面自组装形成稳定薄膜，使金表面水接触角由 73.8±1.8° 降至 45.3±1.4°，显著增强亲水性。石英晶体微天平（QCM）测得 HFBI 在金表面的覆盖密度为 588 ng cm−2，且薄膜在 pH 1–13 范围内保持稳定，脱落量不超过 5%。在此基础上，将亲水性胆碱氧化酶（ChOx）固定于 HFBI 修饰金表面，构建了 Gold/HFBI/ChOx 安培胆碱生物传感器。在 +400 mV 工作电位下，该电极对胆碱产生快速安培响应，响应时间不超过 5 s；当固定 0.238 μg ChOx 并在胆碱饱和时，最大电流达 4578.27 nA。结果表明 HFBI 自组装膜能有效保持 ChOx 生物活性，在电化学生物传感中具有应用潜力。
英文摘要
Hydrophobins are small fungal proteins which self-assemble on interfaces and significantly change the surface wettability. The self-assembled film of hydrophobin HFBI on a gold surface improved the surface hydrophilicity with water contact angle changing from 73.8+/-1.8 degrees to 45.3+/-1.4 degrees . A quartz crystal microbalance (QCM) analysis indicated that the HFBI coverage density on a gold surface was 588 ng cm(-2), and the self-assembled film remained stable under different pH values ranging from 1 to 13. A hydrophilic protein such as choline oxidase (ChOx) was then successfully immobilized on the HFBI modified gold surface. To evaluate the bioactivity of immobilized enzyme, an amperometric choline biosensor was constructed based on the Gold/HFBI/ChOx electrode, which produced as large as 4578.27 nA response current by 0.238 microg immobilized ChOx, when saturated by choline substrate. Comparing with our choline biosensors previously reported, the HFBI self-assembled film exhibited excellent capability to preserve the bioactivity of ChOx, hence a great potential in electrochemical biosensing is suggested.