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酶定向固定化策略在生物传感器中应用

生物化学与生物物理进展 2024年

作者：王兴保马耀宏薛云龙黄晓珍邵越于毅王丙莲刘庆艾张立鹤公维丽齐鲁工业大学(山东省科学院)山东省科学院生物研究所山东省生物传感器重点实验室

酶电极生物传感器具有灵敏高效、特异性强以及器型小巧等特点，在生命科学研究、疾病诊断和监控等领域展现出广阔的应用前景，酶的固定化是决定酶电极生物传感器性能（稳定性、灵敏性、重现性）的关键步骤，通过随机固定化（物理吸附、... 详细信息

酶电极生物传感器具有灵敏高效、特异性强以及器型小巧等特点，在生命科学研究、疾病诊断和监控等领域展现出广阔的应用前景，酶的固定化是决定酶电极生物传感器性能（稳定性、灵敏性、重现性）的关键步骤，通过随机固定化（物理吸附、共价交联等）容易引起酶活力下降、固定化稳定性低等问题；而利用氨基酸残基突变、亲和肽融合以及核苷酸特异结合等优化酶分子空间取向，为解决随机固定化问题提供了新的可能。本文对基于定点突变引入带有官能团的特定氨基酸（赖氨酸、组氨酸、半胱氨酸、非天然氨基酸）、通过基因工程融合亲和肽（金结合肽、碳材料结合肽、碳水化合物结合结构域）及利用核苷酸与目标酶（蛋白质）之间的特异性结合等策略来实现酶分子传感元件定向固定化的原理、优缺点以及在酶电极生物传感器上的应用进展进行了系统综述，并对多种传感界面固定化酶表征技术的应用领域、各方法的优点和应用局限性进行了探讨，以期为高性能酶传感元件创制及酶电极传感器的制造提供理论和技术指导。

关键词：酶固定化酶电极生物传感器酶分子空间取向

CAZy-AA3家族酶及其在生物传感器中的应用研究进展

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生物化学与生物物理进展 2022年第7期49卷 1192-1207页

作者：张振宇公维丽马耀宏朱思荣王丙莲韩庆晔陈彦儒齐鲁工业大学(山东省科学院)生物研究所济南250103

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... 详细信息

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。

关键词： AA3家族酶黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD) 亚家族生物传感器

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基于酶电极的乳酸检测生物传感器

生物化学与生物物理进展 2023年第3期50卷 529-546页

作者：陈彦儒公维丽马耀宏王丙莲张振宇孟庆军杨艳杨俊慧刘庆艾郑岚齐鲁工业大学(山东省科学院)生物研究所济南250103 山东省生物传感器重点实验室济南250103

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... 详细信息

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。

关键词：乳酸检测乳酸生物传感器 L-乳酸氧化酶 L-乳酸脱氢酶

紫外-可见分光光度法在食品检测及食品安全分析中的应用

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食品工业 2013年第6期34卷 190-192页

作者：冯东李雪梅王丙莲山东省科学院生物研究所济南250014 山东省生物传感器重点实验室济南250014

综述了紫外-可见分光光度法在食品检测及食品安全分析中的应用。详细评述了紫外可见分光光度法在测定酸奶中维生素A、食品中磷脂酰胆碱等食品营养成分中的应用,以及在食品安全分析中(如:食品中重金属、农残、甜蜜素、硝酸盐、防腐剂、... 详细信息

综述了紫外-可见分光光度法在食品检测及食品安全分析中的应用。详细评述了紫外可见分光光度法在测定酸奶中维生素A、食品中磷脂酰胆碱等食品营养成分中的应用,以及在食品安全分析中(如:食品中重金属、农残、甜蜜素、硝酸盐、防腐剂、香兰素)的研究进展。最后展望了紫外可见分光光度法在食品分析中的发展前景。

关键词：紫外-可见分光光度法食品检测食品安全分析综述

树脂固定化酶的制备及其在低pH值葡萄糖酸生产工艺中的应用

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现代食品科技 2023年第3期39卷 93-101页

作者：张云娟郑岚杨俊慧梁洁赵永雷马耀宏刘庆艾公维丽王丙莲齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省科学院生物研究所山东济南250103

分别利用强碱性大孔树脂、氨基树脂、环氧树脂作为葡萄糖氧化酶(GOD)和过氧化氢酶(CAT)固定化载体制备固定化酶,并研究其在低pH值葡萄糖酸生产工艺中的应用效果。耐酸性试验表明固定化酶较游离酶具有更强的耐酸性能。分别利用游离酶和3... 详细信息

分别利用强碱性大孔树脂、氨基树脂、环氧树脂作为葡萄糖氧化酶(GOD)和过氧化氢酶(CAT)固定化载体制备固定化酶,并研究其在低pH值葡萄糖酸生产工艺中的应用效果。耐酸性试验表明固定化酶较游离酶具有更强的耐酸性能。分别利用游离酶和3种固定化酶在低pH值(pH值3.5)条件下制备葡萄糖酸,强碱性大孔树脂、氨基树脂和环氧树脂固定化酶所需反应时间分别为40 h、24 h和27 h,酶活损失率分别为46.44%、3.42%和21.84%,而游离酶在反应过程中完全失活。3种固定化酶反应液的澄清度及色度均显著优于游离酶反应液。正交试验进一步优化后氨基树脂固定化酶的制备工艺为混合酶液浓度10%、GOD:CAT=1.5:1、固定温度25℃。在该条件下,氨基树脂固定化酶的酶活回收率可达93.15%,转化100 g/L葡萄糖溶液所需时间为23 h,反应结束时葡萄糖酸:葡萄糖酸钠可达0.899:1(m/m)。并且氨基树脂固定化酶稳定性良好。因此,利用氨基树脂固定化酶可以建立低pH值固定化酶葡萄糖酸生产工艺,实现高品质葡萄糖酸产物的生产。

关键词：固定化酶葡萄糖酸强碱性大孔树脂氨基树脂环氧树脂

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冷却肉中糖原的生物传感器检测

食品科技 2013年第3期38卷 252-255页

作者：冯东李雪梅王丙莲李大海山东省科学院生物研究所山东省生物传感器重点实验室济南250014

研究酶电极生物传感器法测定冷却肉中的糖原含量。利用淀粉葡萄糖苷酶将糖原分解为葡萄糖,再用葡萄糖氧化酶电极生物传感器测定葡萄糖含量。结果表明:生物传感器在葡萄糖浓度0.5～20mg/mL范围内线性关系良好(R=0.9998);加样回收率为98.8... 详细信息

研究酶电极生物传感器法测定冷却肉中的糖原含量。利用淀粉葡萄糖苷酶将糖原分解为葡萄糖,再用葡萄糖氧化酶电极生物传感器测定葡萄糖含量。结果表明:生物传感器在葡萄糖浓度0.5～20mg/mL范围内线性关系良好(R=0.9998);加样回收率为98.8%～101.2%,抗干扰性强;对肌糖原的检测与蒽酮比色法、酶解分析法相比较,差异不显著(P>0.05);且仪器重现性和稳定性较好。葡萄糖生物传感器用于肌糖原含量测定具有检测精度高、速度快、稳定性好、使用成本低等优势,有望成为检测冷却肉中肌糖原含量的新方法、新手段。

关键词：糖原生物传感器酶电极葡萄糖氧化酶

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冷却肉中乳酸含量的酶电极生物传感器测定

食品工业 2012年第3期33卷 125-127页

作者：冯东李雪梅王丙莲李大海刘仲汇山东省科学院生物研究所济南250014 山东省生物传感器重点实验室济南250014

为测定冷却肉中乳酸含量,建立了冷却肉中乳酸提取及酶电极生物传感器的测定方法。冷却猪肉用1 mol/L高氯酸水溶液匀浆去除蛋白质及脂肪后,以乳酸氧化酶生物传感器检测。检测结果显示,该测定方法线性范围0～0.50 mg/mL乳酸（R=0.999 7）... 详细信息

为测定冷却肉中乳酸含量,建立了冷却肉中乳酸提取及酶电极生物传感器的测定方法。冷却猪肉用1 mol/L高氯酸水溶液匀浆去除蛋白质及脂肪后,以乳酸氧化酶生物传感器检测。检测结果显示,该测定方法线性范围0～0.50 mg/mL乳酸（R=0.999 7）,检测限5.0×10^-5mg/mL。回收率为97.5%-102.3%,相对标准偏差为2.6%-3.1%,日内测定变异系数（CV）为1.08%,日间测定变异系数为1.26%。该方法应用于冷却猪肉乳酸含量测定获得较好的效果。

关键词：冷却肉乳酸乳酸氧化酶生物传感器

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生物传感器在纤维素乙醇测定中的应用

农业工程学报 2011年第S1期27卷 313-317页

作者：冯东王丙莲梁晓辉李雪梅李大海刘仲惠山东省科学院生物研究所济南250014 山东省生物传感器重点实验室济南250014 山东省科学院能源研究所济南250014

为探讨生物传感器在纤维素乙醇测定中的应用,采用乙醇生物传感器分析仪对发酵液中的纤维素乙醇含量进行测定,分析其特点、规律。结果:乙醇生物传感分析仪线性关系良好,线性范围为0.2～20.0mg/100mL,回归方程为:Y=5.00225X+0.72273,R=0.9... 详细信息

为探讨生物传感器在纤维素乙醇测定中的应用,采用乙醇生物传感器分析仪对发酵液中的纤维素乙醇含量进行测定,分析其特点、规律。结果:乙醇生物传感分析仪线性关系良好,线性范围为0.2～20.0mg/100mL,回归方程为:Y=5.00225X+0.72273,R=0.99976;对乙醇的检测快速而准确,检测时间为20s,回收率为99.3%～100.4%;与气相色谱方法、酒精计法相比较,差异不显著(P>0.05);专一性强,且仪器重现性和稳定性较好,检测灵敏度高,检测下限为0.2mg/100mL。乙醇生物传感分析仪用于纤维素乙醇检测,具有检测精度高、速度快(20s)、稳定性好、使用成本低等优势,有望代替酒精计、气相色谱仪等,成为检测纤维素乙醇含量的新方法、新手段。

关键词：生物传感器纤维素乙醇检测

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锌污染对藻细胞膜电位和膜电阻的影响

环境污染与防治 2009年第9期31卷 30-33,39页

作者：王丙莲史建国李雪梅杨艳孟庆军山东省科学院生物技术研究中心山东济南250014 山东省生物传感器重点实验室山东济南250014

运用细胞表面技术和电化学方法,构建一种非创伤性藻细胞膜电位传感系统,研究了Zn2+对大型轮藻(Nitellaflexi-lis)膜电位和膜电阻的影响。结果表明,膜电位和膜电阻能快速而灵敏反映过量Zn2+对藻细胞的毒性影响,响应时间均控制在30min内,... 详细信息

运用细胞表面技术和电化学方法,构建一种非创伤性藻细胞膜电位传感系统,研究了Zn2+对大型轮藻(Nitellaflexi-lis)膜电位和膜电阻的影响。结果表明,膜电位和膜电阻能快速而灵敏反映过量Zn2+对藻细胞的毒性影响,响应时间均控制在30min内,响应最低摩尔浓度为0.05mmol/L。本实验浓度范围内,低摩尔浓度(0.05mmol/L)Zn2+引起藻细胞膜电阻增大,膜电位无明显变化;而高摩尔浓度(0.10～1.00mmol/L)Zn2+则导致藻细胞明显去极化,膜电阻减小。而且,低浓度Zn2+对藻细胞膜电位、膜电阻的影响具有可逆性;而高浓度Zn2+对其的影响不可逆。此外,藻细胞膜电位、膜电阻与时间呈显著的直线线性关系。上述特征不仅为水中Zn2+的快速生物检测提供了理论依据,亦为Zn2+的定量检测提供了新思路。

关键词： Zn污染藻细胞膜电位膜电阻