基于酶电极的乳酸检测生物传感器

乳酸(C₃H₆O₃),又名2-羟基丙酸、丙醇酸,属于羟基酸的一种。乳酸在食品工业、临床医学、生物技术等行业具有极其重要的意义,因此如何高通量检测不同样品中的乳酸成为目前业界研究的重点。传统乳酸检测方法操作繁琐、费时费力或需要昂贵的检测设备,乳酸生物传感器可以克服这些限制,不需要样品制备,能够快速、简便、可靠地定量测定食品或血浆中的乳酸,具有广阔的应用前景。乳酸酶电极生物传感器主要有两种类型——基于L-乳酸氧化酶(L-LOD)和L-乳酸脱氢酶(L-LDH)的乳酸生物传感器。本文综述了L-LOD和L-LDH结构特征、来源及催化机理,讨论了改善基于酶电极的乳酸传感器性能的3种策略(电极材料改造策略、酶固定化策略、酶分子工程改造策略),还根据用于制造乳酸生物传感器的不同载体包括膜、透明凝胶基质、水凝胶载体、纳米颗粒等对乳酸生物传感器进行了归类分析,最后本文将目前商品化应用的酶电极乳酸生物传感器特点进行了对比总结讨论,阐述了乳酸生物传感器的未来应用方向,并对未来发展前景进行了展望。     

CAZy-AA3家族酶及其在生物传感器中的应用研究进展

碳水化合物活性酶数据库（CAZy）中位于“辅助活性”（auxiliary activities,AA）3家族的酶属于葡萄糖-甲醇-胆碱氧化还原酶大家族。它们以黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）作为辅酶,通过反应产物（H₂O₂或对苯二酚）协助其他AA家族酶发挥作用,或辅助糖苷水解酶降解木质纤维素。根据结构序列相似性,AA3家族酶进一步细分为4个亚家族,包括 AA3_1（纤维二糖脱氢酶）、AA3_2（芳醇氧化酶、葡萄糖氧化还原酶）、AA3_3（醇氧化酶）、AA3_4（吡喃糖氧化还原酶）。AA3家族酶因其独特的结构、广泛的用途,近几十年来受到人们的广泛关注。本文系统综述了CAZy-AA3家族酶来源、分子结构及改造,对部分AA3家族酶在生物传感器中的最新研究进展进行了重点综述,并对未来研究方向进行了展望。     

葡萄糖氧化酶在枯草芽孢杆菌芽孢表面的展示及其酶电极制备

葡萄糖生物传感器是目前最为常见的电化学生物传感器,绝大多数葡萄糖生物传感器采用在电极表面修饰葡萄糖氧化酶的方法来制备,但是,在电极的固定化过程中需要酶的纯化,使得成本增加,已成为固定化酶电极开发领域的瓶颈。文中主要以芽孢衣壳蛋白CotX为锚定蛋白将葡萄糖氧化酶 (Glucose oxidase,GOD) 展示到枯草芽孢杆菌芽孢表面,通过Western blotting分析、免疫荧光分析以及酶活检测均证明GOD在芽孢表面有效表达,发酵获得重组芽孢 (Spore-GOD)。再采用滴涂法和电沉积法制备了氧化石墨烯/普鲁士蓝沉积膜修饰玻碳电极,将Spore-GOD固定在修饰电极表面,最后滴加一层Nafion溶液,制成了电化学生物传感器,用于葡萄糖的灵敏测定。葡萄糖在该酶电极传感器上的循环伏安图表明,该反应在0.42 V处出现明显的氧化峰,并且氧化还原峰电流与葡萄糖浓度在0.1–7.0 mmol/L之间具有良好的线性关系,校正曲线方程为：I=1.304 7Cglucose+3.639 (R2=0.992 9),其检测限为7.5 μmol/L (S/N=3)。此修饰电极具有良好的导电性能、稳定性和重现性,可用于葡萄糖的分析测定。     

脱氢酶生物传感器研究关键技术与进展

自然界中依赖烟酰胺类辅酶(NAD+或NADP+)的脱氢酶是氧化还原酶中最重要的一类,基于此类酶的生物传感器应用前景广阔,近年来发展迅速。构建这类传感器需要两项关键技术,即氧化型辅酶在电极表面的再生和辅酶固定化。本文介绍了辅酶电化学再生的主要方法、辅酶固定化的常见手段,以及相关的研究进展。     

肌苷酶电极生物传感器

为了构建肌苷酶电极生物传感器,以固定化核苷磷酸化酶(EC 2.4.2.1)、黄嘌呤氧化酶(EC 1.2.3.2)与过氧化氢电极组成电流型酶电极生物传感器,用于检测肌苷片中的肌苷,其输出电流可达500nA.结果发现,肌苷测定的线性范围为1-268 mg/L,精度:RSD小于0.14%,响应时间:60 s,使用寿命大于25 d,实际测定肌苷片中肌苷含量回收率:100.8%.由此表明:采用双酶电极法测定肌苷片中的肌苷含量,由于酶促反应专一性高、样品不需分离直接进样分析、处理条件温和、反应时间短暂因而结果较为可靠.     

通过参数相关性分析对发酵控制策略在植酸酶高密度发酵中的作用探讨

为了优化植酸酶高密度发酵条件,有必要获取在发酵过程中由于控制策略引起有关参数的实时变化及其关联性。本研究利用传感器对植酸酶工程菌高密度发酵过程进行数据在线采集,通过改变转速、接种量与补料甘油,探讨三方面控制因素对高密度发酵产酶过程参数具体影响及各参数变化之间的相关性,建立起与转速-细胞密度-溶氧-乳酸相关的发酵罐内外环境氧控制关系,细胞密度-氧气吸收-二氧化碳释放相关的细胞生长氧控制关系,以及细胞密度-二氧化碳释放-pH变化-蛋白表达的细胞诱导表达的关系。基于参数相关性分析并优化发酵控制条件得到:当搅拌转速递增,植酸酶工程菌接种量为10%时,其生长迟滞期最短(20 h)且发酵末期诱导表达植酸酶酶活可达3037.98 U/mL,相较摇瓶优化发酵的酶活提高了176.18%。本文研究结果可为工业植酸酶高效生产提供参考。     

富脯氨酸模体研究进展

综述了近年来富脯氨酸模体的研究进展状况,并将其分为PxxP核心序列模体、聚脯氨酸模体、PPxY核心序列模体以及其他类型的模体4类,论述了富脯氨酸膜体的生物学功能及其常出现的原因.