【研究背景】

酪氨酸酶（Tyrosinase, TYR）是一種關鍵生物標志物，在食品質量監控（如土豆新鮮度評估）和生物醫學診斷中具有重要應用。傳統檢測方法如電化學、熒光和高效液相色譜（HPLC）雖廣泛應用，但存在靈敏度低、操作復雜或依賴外部電源等局限性。因此，開發高靈敏度、自供電且近紅外響應的檢測平臺成為迫切需求。本研究基于醌胺生物共軛策略，構建了一種雙光電極自供電光電化學（PEC）平臺，通過近紅外光激活，實現了酪氨酸酶的高效檢測，突出了其在實時、便攜式傳感中的必要性和創新性。

【研究思路】

本研究通過材料設計、表征和光電化學測試，系統構建了酪氨酸酶檢測平臺。具體研究思路分點總結如下：

①材料合成與修飾：光陽極材料采用鉬摻雜的Bi基復合材料（MoS?/BiO???/Bi?S?），并通過聚多巴胺（PDA）修飾增強生物相容性；光陰極材料為CuInS?/CuO異質結，并引入殼聚糖作為酶固定基質。材料合成通過水熱法和化學沉積完成，確保可控的形貌和能帶結構。

②材料表征與性能優化：利用X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線光電子能譜（XPS）和紫外-可見-近紅外漫反射光譜等手段，驗證材料晶體結構、形貌和光學性能。通過能帶計算（Tauc plots）和Mott-Schottky測試，確定材料的能帶位置，優化光生載流子分離效率。

③光電化學平臺構建：設計雙光電極自供電系統：光陽極（MoS?/BiO???/Bi?S?@PDA）與光陰極（CuInS?/CuO/殼聚糖）耦合，在近紅外光（808 nm）照射下產生光電流，無需外部電源。通過循環伏安法（CV）和電化學阻抗譜（EIS）評估電極界面性能和電子轉移效率，優化pH、殼聚糖濃度和孵育時間等參數。

④生物傳感機制：酪氨酸酶催化底物多巴胺（DA）氧化為醌類物質，后者與光陰極上的胺基發生生物共軛反應，改變界面電荷傳輸，從而調制光電流信號。采用HPLC方法作為參考，驗證傳感平臺的準確性。

【研究結果】

①材料性能優異：光陽極材料MoS?/BiO???/Bi?S?@PDA表現出增強的近紅外吸收和載流子分離效率，其電化學活性面積在光照下增至0.2514 cm2。光陰極CuInS?/CuO具有良好的能帶匹配，光電流響應顯著高于單一材料。

②傳感性能突出：該平臺對酪氨酸酶的檢測線性范圍為0.001–6.0 U/mL，檢測限（LOD）低至0.00089 U/mL，優于多數已報道方法。傳感器穩定性高，連續測試后信號保持率超過90%，且重現性好。

③實際應用驗證：在土豆樣品檢測中，與HPLC方法相比，該平臺回收率達98.6%–106.7%，RSD低于7.56%，顯示高準確性和可靠性。近紅外響應特性避免了生物樣本的自發熒光干擾，適用于復雜基質檢測。

④機制深入解析：EIS和CV數據表明，酪氨酸酶誘導的醌胺共軛有效降低了電荷轉移電阻（Rct），證實了信號放大機制。

概述圖：分體式自供電光電化學系統

原理圖1 SP-PEC傳感器的電子傳遞機理

原理圖2用于TYR檢測的雙光電極SP-PEC傳感平臺

圖1光電陽極材料的性能與結構分析

圖2光電陰極材料的性能與結構分析

圖3多巴胺氧化與光電陰極修飾的表征

圖4自供電傳感平臺的PEC表征

圖5傳感器的性能和工作特性

【參考文獻】

Guo, J.;Liu, J.; Xiong, W.; Yan, K.; Zhang, J. Enzyme-Activated Biosensing with a Split-Type, Self-Powered, near-Infrared-Responsive Photoelectrochemical Platform: Quinone-Amine Bioconjugation on Dual-Photoelectrode for Tyrosinase Detection. ACS Sens. 2025, 10 (10), 7924–7935.

【全文鏈接】

https://doi.org/10.1021/acssensors.5c02474

來源：至善藥學