以金屬有機框架增進的電化學伏安法量測半乳糖苷酶水解作用並用於大腸桿菌檢測

水中的大腸桿菌是污水或動物糞便污染的指標，若水中的大腸桿菌數目越高，代表水質污染越嚴重，當飲用受污染的水時，就會感染大腸桿菌，引起泌尿道或腸胃道疾病，尿路感染是大腸桿菌可能引起感染之一，因此水中大腸桿菌的精準定量分析非常重要。目前大腸桿菌常見的檢測方法為聚合酶鏈鎖反應和培養法，其皆花費很多時間以及實驗複雜，所以提出了一個快速、穩定度高、即時的測量方法，使用生物感測器通過電化學法，測量大腸桿菌通過β-半乳糖苷酶水解氨基苯基-β-D-吡喃半乳糖苷(4-Aminophenyl β-D-galactopyranoside, p-APG)後，p-APG的剩餘量，來分析水中大腸桿菌的濃度。當大腸桿菌越多，會消耗更多的p-APG，所以其測量的氧化峰值就會越低。最後確認此檢測方法可運用於檢測臨床尿液大腸桿菌濃度的可能性。β-半乳糖苷酶（β-galactosidase,β-gal）可作為大腸桿菌的特異性標誌物，β-半乳糖苷酶是一種糖苷水解酶和內源酶，可將氨基苯基-β-D-吡喃半乳糖苷（p-APG）水解。透過添加誘導劑(異丙基-β-d-硫代半乳糖吡喃糖苷, Isopropyl-β-d-thiogalactopyranoside, IPTG)活化大腸桿菌體內β-半乳糖苷酶的表現，再添加十二烷基硫酸鈉(Sodium dodecyl sulfate, SDS)將大腸桿菌細胞裂解導致細胞蛋白從細胞中釋放，以促進p-APG的水解反應。在生物感測器中，電極是決定氧化還原反應和電荷傳輸的重要物件，電極表面是電極表面和電解質（基板）之間建立氧化還原反應平衡的地方，因此電極的表面修飾對生物感測器的性能至關重要。本篇選擇了金屬有機框架來修飾電極表面，因為金屬有機骨架（Metal organic frameworks, MOF）具有高表面積比、孔隙率大、易於維持孔徑以及可進行表面修飾，因此提高整體的性能。