《Sensors and Actuators A: Physical》：IoT-enabled automated microfluidic system for assembling of enzymatic biosensors for acetaminophen detection
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•一种新型物联网自动化酶生物传感器，集成了微流控系统用于传感器功能化和实时电化学测量。•生物传感器的组装和测试完全通过互联网进行，无需人工交互。•该系统实现了完全由物联网操作的检测限，与手动操作获得的检测限相似。引言电化学传感器通过分析循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS
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一种新型物联网自动化酶生物传感器，集成了微流控系统用于传感器功能化和实时电化学测量。
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生物传感器的组装和测试完全通过互联网进行，无需人工交互。
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该系统实现了完全由物联网操作的检测限，与手动操作获得的检测限相似。
引言
电化学传感器通过分析循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）等电化学过程来检测特定物质的浓度 [1], [2]。由于其高灵敏度、低成本、简单性和适应性，它们在环境监测、药物分析、医疗保健和工业过程等领域变得流行 [1], [3], [4] 生物传感器结合了生物成分，如酶、抗体或核酸，这些成分在电化学过程中与目标分析物选择性相互作用。这种选择性相互作用提高了测量精度并减少了复杂基质的干扰 [1], [3], [5]。
酶生物传感器改善了对一系列化合物的检测 [2], [5], [6]，因其与特定功能基团（包括氨基、芳基、酚基和巯基部分）的目标相互作用而被选中 [3]。特别是，漆酶作为一种多铜氧化还原酶，引起了极大关注，因为它可以在不需要额外辅因子的情况下氧化宽谱底物 [3], [4], [5]。此外，漆酶在广泛的 pH 值和温度范围内表现出显著的稳定性，使其非常适合分析含有药物、有机酸、生理化合物和其他分析物的溶液，且干扰最小 [3], [5], [7]。这通常通过表面修饰剂实现，如（3-氨基丙基）三乙氧基硅烷（APTES）和戊二醛（GA），它们提供反应性氨基和双功能交联位点以牢固锚定酶，同时保持催化活性 [4], [8], [9]。
物联网（IoT）技术与生物传感平台的集成通过实现远程监控、自动化数据采集和实时分析扩展了其用途 [10], [11], [12]。物联网赋能系统通过无线信号传输和基于云的数据管理促进原位测量，从而减少人工干预和运营成本 [13], [14]。在这些努力中，之前的基于 WiFi/ESP32 的漆酶生物传感器展示了便携式电化学测量和远程数据采集 [11]，说明了物联网在酶生物传感读出阶段的價值。然而，在那种和相关方法中，生物传感器的组装，包括酶固定化和表面功能化，仍然需要手动、台式处理试剂和孵育步骤，没有流体基础设施来自动化组装过程本身。最近的一项研究 [15] 开发了一个自动化平台，也基于 WiFi/ESP32，利用受控泵和微流控技术来标准化电化学生物传感器的制造。在这两项研究中，使用本地 WiFi 是控制和使用这些平台的局限性替代方案，超出了本地范围。此外，第一个平台没有自动化样本控制，而第二个平台使用的是商业上未集成的恒电位仪，因此，系统的便携性仍然局限于实验室级设施。
对乙酰氨基酚（APAP），也称为扑热息痛，由于其特征明确的氧化还原行为、化学结构以及在生物系统中的相互作用，经常被用作酶生物传感器测试的基准分析物 [1], [2], [3]。作为一种在不同领域广泛使用的酚类化合物 [1], [2], [16]，其检测在识别生理问题、治疗有效性和水污染水平方面具有重要的相关性 [16], [17], [18]。基于漆酶的传感器特别适合检测 APAP，因为它们响应时间短、操作简便，并在药物测试中广泛使用 [3], [18], [19]。
本工作展示了一个物联网赋能的自动化微流控平台，用于酶生物传感器的组装（通过功能化）和实时 CV 评估。与之前基于物联网的生物传感器不同，该平台引入微流控作为使能层，将自动化上游扩展到传感器组装本身，展示的平台还包括通过 HTTP 协议进行物联网控制通信，将互联范围扩展到全球，而不是本地 WiFi 网络；此外，还集成了便携式和物联网控制的恒电位仪，允许从单个界面完全集成所有控制和测量设备。该平台集成了四个受控注射泵、带有混合器的微流控系统以及带有三个电极的电化学池，还包括用于用户交互的 Web 界面、用于可视化的监控摄像头以及用于电化学测量的物联网控制的恒电位仪。为了验证平台性能，基于漆酶的生物传感器在本地 WiFi 网络之外通过物联网远程组装。组装后的生物传感器和物联网平台通过不同浓度的 APAP 进行测试。该平台展示了与人工辅助方法相当的检测限，同时提供了自动化、远程控制、实时监控和减少样本体积等关键优势。
章节片段
材料
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）板，购自 Surtiacrylicos（哥伦比亚波哥大），基于甲基丙烯酸甲酯的胶水 Veracril ? 购自 New Stetic（哥伦比亚瓜尔内），乙醇（96%）购自 Expert Clean Colombia（哥伦比亚波哥大），2,2-连氮基 - 双 (3-乙基苯并噻唑啉 -6) 磺酸 (ABTS)、戊二醛 (25%)、氢氧化钠 (NaOH) (98%)、APTES (98%) 和漆酶 (1000 U/L) 购自 MERK（德国达姆施塔特）。20.26 μM APAP 购自 Humax
系统组件设计与物联网测试
系统组件相互连接，使用户能够通过使用网站（图 2）利用自组装技术制造生物传感器。这使得用户可以从任何有互联网访问权限的地方操作系统。物联网平台控制注射泵进行试剂输送、恒电位仪进行电化学测试、USB 显微镜进行视觉监控以及远程操作所需的电子组件。一旦生物传感器组装完成，系统也允许执行
结论
我们开发了一种创新的物联网自动化微流控系统，集成了电化学传感器，用于通过 Web 界面制造生物传感器和测量物质，实现了远程生物传感器组装和电化学测试，这是迈向去中心化和自动化实验室工作流程的重要一步，只需要初级实验室技术人员协助设置样本。
酶活性通过光学和分光光度法 ABTS 氧化得到确认。我们
资金来源
本研究未获得项目或实验的外部资金；然而，S.H.B. 获得了 Ecopetrol（哥伦比亚）的奖学金，用于攻读电子工程学士学位。
CRediT 作者贡献声明
Johann F. Osma: 写作 – 审查与编辑、可视化、监督、资源、项目管理、方法论、资金获取、正式分析、数据整理、概念化。 Sergio D. Gomez: 软件、方法论、调查。 Sergian H. Betancur: 写作 – 原稿、可视化、软件、调查。 Santiago Florez: 写作 – 原稿、验证、软件、调查。 Ailin Prado: 写作 – 审查与编辑、写作 – 原稿、可视化，
写作过程中生成式 AI 和 AI 辅助技术的声明
在准备本工作期间，作者使用了 ChatGPT-4o 以提高手稿的可读性。使用此工具后，作者根据需要审查并手动编辑了内容，并对已发表文章的内容承担全部责任。
Ailin Prado 是安第斯大学生物微系统研究组的研究员。她分别于 2025 年和 2026 年获得生物医学工程和电子工程理学学士学位，目前是一名生物医学工程硕士学生。她当前的研究兴趣集中在生物传感器组装上。
Ailin Prado|Santiago Florez|Sebastian H. Betancur|Sergio D. Gomez|Johann F. Osma
