组成图示
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传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
3-硝基苯酚（3-nitrophenol, 3-NPh）、苯酚（phenol）、2-硝基苯酚（2-nitrophenol）、4-硝基苯酚（4-nitrophenol）、间甲酚（m-cresol）、对甲酚（p-cresol）、3-氯苯酚（3-chlorophenol）；样品基质为0.1 M磷酸盐缓冲液（PBS，pH 7.0）模拟水样/缓冲液
检测原理
该传感器以HRP为识别/催化元件，MB为电子介质。在含H2O2的PBS中，HRP血红素被H2O2氧化形成活性氧铁基中间体；酚类化合物（如3-NPh）作为第二底物还原该中间体，自身被氧化为电活性自由基产物。这些自由基在电极表面发生电化学还原，产生与酚浓度成正比的还原电流。MB通过介导HRP与电极之间的电子转移，提高电子传递速率；Au薄膜增强TiO2纳米管导电性，TiO2纳米管提供高比表面固定HRP和MB。H2O2浓度优化为20 μM以避免高浓度抑制酶活性。在-0.05 V下，电流随3-NPh浓度增加而增大。
检测灵敏度
LOD: 9 × 10−8 M 3-NPh (based on S/N = 3)；线性范围: 3 × 10−7 to 1.2 × 10−4 M 3-NPh；灵敏度: 0.35 μA/μM；R^2 = 0.993
效应效果
该传感器响应迅速，5 s内达到稳态电流的95%。对3-硝基苯酚的重复性RSD为3.55%（10次连续测量，2×10−5 M）。长期稳定性良好，4 ℃ PBS中保存45天后仍保留初始电流的92%。作者测试了苯酚、2-硝基苯酚、3-硝基苯酚、4-硝基苯酚、间甲酚、对甲酚和3-氯苯酚七种酚类，均获得较长线性范围、较高灵敏度和较低检出限，但选择性仍需进一步研究。与文献中基于Arthrobacter sp. JS443的全细胞安培传感器相比，灵敏度提高87倍；与多种酚传感器比较，其线性范围、灵敏度、检出限和稳定性具有优势。作者认为该传感器可用于高毒性硝基酚污染物的现场/环境检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：Ti箔（Ti）作为工作电极基底，提供导电支撑并作为阳极氧化成膜基础
- 纳米管修饰层：TiO2纳米管阵列（TiO2 NTs），由Ti箔在DMSO/2% HF中阳极氧化40 V 8 h并450 ℃退火形成，提供高比表面固定基质
- 导电金属层：Au薄膜（Au），通过氩等离子体溅射30 s沉积于TiO2纳米管表面，提高电导率与电子转移
- 固定膜：壳聚糖（chitosan），2 mg/mL、10 μL，与HRP和MB共固定，成膜、黏附、生物相容并提高稳定性
- 识别/催化元件：辣根过氧化物酶（HRP），2 mg/mL、20 μL，催化酚类与H2O2的双底物反应并生成电活性中间体
- 电子介质：亚甲基蓝（MB），1 mg/mL、20 μL，介导HRP与电极间电子转移并增强灵敏度
- 反应底物：H2O2（优化20 μM），激活HRP并参与酚类氧化还原反应
中文摘要
本文报道了一种用于检测酚类化合物的新型安培型电化学生物传感器。该传感器基于辣根过氧化物酶（HRP）与亚甲基蓝（MB）在壳聚糖中共同固定于金修饰二氧化钛纳米管阵列上。二氧化钛纳米管阵列首先通过阳极氧化直接在钛基底上生长，随后采用氩等离子体技术在纳米管表面镀覆金薄膜。采用扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDS）对金修饰二氧化钛纳米管阵列的形貌与组成进行表征，并利用循环伏安法和安培法研究该电化学传感器。系统考察了pH、施加电极电位和过氧化氢浓度对传感器灵敏度的影响。用七种不同酚类化合物测试了所提出传感器的性能，显示其具有很高的灵敏度；特别是该传感器对3-硝基苯酚的检测线性范围为3×10−7至1.2×10−4 M，检出限为9×10−8 M（基于S/N=3）。
英文摘要
We report on a novel amperometric biosensor for detecting phenolic compounds based on the co-immobilization of horseradish-peroxidase (HRP) and methylene blue (MB) with chitosan on Au-modified TiO2 nanotube arrays. The titania nanotube arrays were directly grown on a Ti substrate using anodic oxidation first; a gold thin film was then coated onto the TiO2 nanotubes by an argon plasma technique. The morphology and composition of the fabricated Au-modified TiO2 nanotube arrays were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). Cyclic voltammetry and amperometry were used to study the proposed electrochemical biosensor. The effect of pH, applied electrode potential and the concentration of H(2)O(2) on the sensitivity of the biosensor have been systemically investigated. The performance of the proposed biosensor was tested using seven different phenolic compounds, showing very high sensitivity; in particular, the linearity of the biosensor for the detection of 3-nitrophenol was observed from 3 x 10(-7) to 1.2 x 10(-4)M with a detection limit of 9 x 10(-8)M (based on the S/N=3).