组成图示
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传感器类型
全细胞生物传感器
检测对象
尿素（urea, U）；样品基质：25 mM磷酸盐缓冲液（pH 7.4），并与Infinity BUN试剂法比较。
检测原理
传感器以包埋于PSS–PANI中的氨微杆菌全细胞作为脲酶来源。当尿素进入传感器微环境时，脲酶催化尿素水解生成氨和二氧化碳，使局部pH升高。PSS–PANI的掺杂/去掺杂状态及质子化程度对pH敏感，pH升高导致聚合物桥电阻增大。双电位计在固定栅压Vg和漏压Vd=Vg+20 mV下测量电流，将电阻变化表示为Δr/r0。因此尿素浓度越高，氨生成越多，pH变化越大，电导信号越强，在0–75 mM范围内线性响应。
检测灵敏度
线性范围: 0–75 mM；灵敏度: 0.125 mM−1；与 Infinity BUN 法比较: slope 0.94, regression coefficient 0.995
效应效果
传感器对尿素具有选择性：无脲酶对照和葡萄糖干扰均产生可忽略响应。响应时间为3 min，可重复使用12–15次；4 ℃干燥或缓冲液保存至少7天仍保持90–100%初始响应。与Infinity BUN试剂法比较，斜率为0.94，回归系数0.995，表明准确性良好。其灵敏度0.125 mM−1优于Infinity法的0.01 absorbance/mM，但响应时间慢于后者的90 s。测量需按浓度升序进行，基线可通过25 mM磷酸盐缓冲液静置2 h恢复。
传感器的构成
- 电极基底：铂双丝电极（Pt twin wire electrode），间隙约100 μm，作为导电聚合物桥的支撑与电导式换能电极。
- 电极封装：玻璃体与环氧树脂（epoxy）封装铂双丝电极，提供机械支撑与绝缘。
- 导电聚合物换能层：聚苯乙烯磺酸盐–聚苯胺（PSS–PANI），恒电位电聚合形成聚合物桥，其电阻率随微环境pH变化。
- 全细胞生物催化层：氨微杆菌（Brevibacterium ammoniagenes）冻干菌体，包埋于PSS–PANI中，提供脲酶并保持细胞活性。
- 脲酶催化元件：脲酶（urease, UR），来自包埋菌体，催化尿素水解生成氨。
- 反应介质：25 mM磷酸盐缓冲液（phosphate buffer, PB, pH 7.4），维持脲酶活性并作为离子传导介质。
中文摘要
本研究将氨微杆菌（Brevibacterium ammoniagenes）冻干菌体通过恒电位电聚合包埋于聚苯乙烯磺酸盐–聚苯胺（PSS–PANI）导电聚合物中，并在铂双丝电极上形成聚合物桥。活–死荧光染色和酶学分析表明，包埋后的细菌仍保持存活并保留脲酶活性；扫描电镜观察到菌体被聚合物包裹。该固定化全细胞作为未纯化脲酶来源，用于构建电导式尿素生物传感器。传感器中脲酶催化尿素水解释放氨，使微环境pH升高；PSS–PANI电阻率随pH变化，从而将生物催化事件转换为电导信号。传感器在0–75 mM尿素范围内呈线性响应，灵敏度为0.125 mM−1，可重复使用12–15次，并在4 ℃干燥或缓冲液保存条件下至少稳定7天。
英文摘要
The lyophilized biomass of bacterium Brevibacterium ammoniagenes was immobilized in polystyrene sulphonate-polyaniline (PSS-PANI) conducting polymer on a Pt twin wire electrode by potentiostatic electropolymerization. The bacterial cells retained their viability as well as urease activity under entrapped state, as confirmed with bacterial live-dead fluorescent assay and enzymatic assays. The entrapped cells were visualized using scanning electron microscope. The immobilized cells were used as a source of unpurified urease to develop a conductometric urea biosensor. The catalytic action of urease in the sensor released ammonia, thereby causing an increase in the pH of the microenvironment. The pH dependant change in the resistivity of the polymer was used as the basis of sensing mechanism. The sensor response was linear over a range of 0-75 mM urea with a sensitivity of 0.125 mM(-1). The sensor could be reused for 12-15 independent measurements and was quite stable in dry as well as buffered storage condition at 4 degrees C for at least 7 days.