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生物电化学酶传感器在生物医学研究、临床诊断、环境和食品安全等领域有着广泛应用。近日，苏州大学的封心建教授团队通过构建具有固-液-气三相反应界面的酶电极结构，开发了基于过氧化氢电化学还原检测原理的高效生物酶传感器。在拓展检测线性范围的同时，还消除了易氧化内源性/外源性物质的干扰，大幅提高了检测的准确性。
第一代生物电化学传感器以氧气为氧化酶的电子受体，基于电化学氧化法测量酶促反应产物过氧化氢的生成量来实现对底物浓度的检测。然而在高的电化学氧化电位下，人体血液中抗坏血酸、尿酸等多种内源性以及外源性易氧化物质也会被氧化，并对底物检测产生严重干扰，极大影响了传感检测的选择性。如能在还原电位实现对过氧化氢精准检测，则可以避免来自这些易氧化物质的干扰，然而由于氧气在类似电位区间也会被还原，溶液中氧气浓度的严重波动，限制了该还原检测原理在实际高效生物电化学传感开发中的应用。
苏州大学封心建教授研究团队从仿生超疏水材料中受到启发，构建了固-液-气三相生物电化学传感体系。当超疏水表面与液体接触时会在界面形成与大气连通的气相，并可以将气相直接引入催化反应界面。基于该三相界面模型体系，他们通过在超疏水电极基底上负载贵金属催化剂，固定酶膜，制备了三相酶电极。三相酶电极在没入水中的时候，水能够浸润酶膜，但无法进入疏水基底。氧气可以从空气直接快速传输至酶催化反应界面。在该三相界面体系下，溶液中氧气浓度的波动将不再影响界面氧气浓度，也不会对过氧化氢的还原检测产生干扰。这为人们开发基于过氧化氢电还原检测原理的高效生物传感体系奠定了基础。
气-液-固三相界面生物酶传感体系
作为实验例证，他们选择葡萄糖为待测底物，构建了三相界面葡萄糖氧化酶电极。发现不同于两相界面体系，三相界面体系酶电极的还原电流信号在不同的溶解氧浓度的情况下可以保持稳定。在还原电位下（-0.1VvsAg/AgCl），抗坏血酸、尿酸、对乙酰氨基酚等易氧化物质的干扰极小。另外由于界面氧气充足，他们还发现相对于传统固-液两相酶电极，三相界面酶电极的线性检测上限可达80mM，比传统两相电极提高了多倍（~0.7mM）。他们还在牛血清溶液中对该三相酶电极的性能进行了评价，同样得到了高的线性检测范围以及高的检测选择性。该基于三相界面过氧化氢电化学还原检测原理的高效生物酶传感体系在未来精准临床诊断、环境和食品安全领域中将发挥重要作用。
基于三相界面以及两相界面酶电极生物电化学传感体系性能对比
这一成果最近发布在AdvancedMaterials上，论文通讯作者为封心建教授。
该论文作者为：ZhiqianSong,ChenlongXu,XiaSheng,XinjianFeng,*LeiJiang
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