引言

挥发性有机化合物（VOCs）广泛存在于环境和生物系统中，其中醇类化合物因其在疾病诊断、生产质量控制和环境监测中的重要性而备受关注。传统检测方法如液相色谱和气相色谱虽然可靠，但操作复杂且成本高昂。近年来，生物传感器以其简便、高效的特点逐渐崭露头角。本文将介绍一种新型生物传感器，它利用果蝇气味结合蛋白（LUSH）实现了对多种醇类化合物的高灵敏度和特异性检测。

正文

一、研究背景与意义

挥发性有机化合物（VOCs）在日常生活和工业应用中无处不在，醇类化合物更是其中的重要成员。例如，甲醇和乙醇被用作溶剂和燃料，某些醇类物质还可以作为疾病的生物标志物。然而，传统的检测方法存在诸多局限性，亟需开发更快速、更灵敏的检测技术。生物传感器作为一种新兴的检测手段，具有高灵敏度、高选择性和便携性的优势，正逐渐成为研究热点。

二、材料与方法

本研究选用果蝇气味结合蛋白（LUSH）作为传感材料，将其固定在金叉指电极上，构建了一种新型电化学生物传感器。具体步骤包括：

材料准备：使用高质量的LUSH蛋白，通过基因重组技术合成并纯化。

传感器制备：采用6-巯基己酸（MHA）修饰电极表面，再通过EDC/NHS活化引入羧基，最终将LUSH蛋白固定在电极上。

表征与测试：利用原子力显微镜（AFM）、电化学阻抗谱（EIS）和循环伏安法（CV）对传感器性能进行全面表征。

三、实验结果与分析

1. 传感器性能验证

通过AFM成像验证了LUSH蛋白成功固定在电极表面，其高度从3.6nm增加到120nm。EIS结果显示，传感器对不同浓度的醇类化合物表现出显著的响应变化，尤其对长链醇类的检测尤为敏感。线性范围从10^-14 M到10^-7 M，检测限低至10-100 fM，远超现有同类传感器的性能。

2. 不同分子结构醇类的检测模式

研究表明，传感器对不同分子结构的醇类化合物表现出不同的响应模式。随着烷基链长度的增加，传感器的响应也逐渐增强，这与LUSH蛋白的疏水相互作用有关。对于多元醇和环醇，传感器同样表现出较高的灵敏度，特别是对环己醇的响应优于苯甲醇和酚类化合物。

3. 分子对接揭示响应差异

为了深入理解传感器对不同醇类化合物的响应差异，进行了分子对接分析。结果显示，LUSH蛋白与醇类化合物之间的结合能和氢键数量直接影响了传感器的响应强度。例如，辛醇与LUSH蛋白形成较强的疏水相互作用，结合能为-4.5 kcal/mol；而乙二醇则通过多个氢键增强了结合亲和力。

四、选择性、重复性和稳定性

该生物传感器对干扰物质（如葡萄糖、尿素和乳酸）表现出良好的选择性，选择系数低于0.22。四次平行实验的结果显示，相对标准偏差仅为1.2%，表明传感器具有良好的重复性。此外，在4℃条件下保存14天后，传感器对100 μM乙二醇的响应仅下降了10.2%，显示出优异的稳定性。

结论

本文介绍了一种基于果蝇气味结合蛋白（LUSH）的电化学生物传感器，用于高灵敏度和特异性检测多种醇类化合物。研究表明，该传感器不仅具有超低检测限（10-100 fM），而且对不同分子结构的醇类化合物表现出独特的响应模式。未来的研究可以进一步优化传感器的选择性，拓展其在食品质量评估、非侵入性疾病诊断和环境监测中的应用前景。

图 1. 裸金表面（a）以及固定了 LUSH OBP 的金表面（传感器 A）的不同区域（b - c）和平行传感器 B（d）的 AFM 3D 图像。（e）传感器 A 的金表面在固定 OBPs 之前和之后的高度轮廓。