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
葡萄糖（glucose, D-glucose）；样品基质：0.2 M柠檬酸磷酸缓冲液（citrate phosphate buffer, CPB），空气饱和
检测原理
传感器以玻璃碳电极为基底，利用[EMIM][CH3COO]将纤维素与MWCNT重构为多孔导电生物相容基质，并将GOx包埋其中。MWCNT提供导电网络，纤维素提供生物相容微环境，缩短GOx活性中心FAD与电极间的电子隧穿距离，实现无中介体直接电子转移。在空气饱和缓冲液中，GOx催化葡萄糖氧化：GOx(FAD)+葡萄糖→GOx(FADH2)+葡萄糖酸内酯；还原态酶被溶解氧再氧化为GOx(FAD)并生成H2O2。电化学再生使氧化还原过程偏离可逆，阴极峰电流增大；葡萄糖消耗氧化态酶，使还原峰电流随葡萄糖浓度增加而下降。计时电流在−500 mV下读取Ipc，实现葡萄糖定量。
检测灵敏度
线性范围: 0.05–1.0 mM；灵敏度: 6.57 µA mM−1 cm−2；斜率: -0.46 µA mM−1；线性方程: Ipc(µA)=0.68-0.46Cglucose(mM)；R = 0.99
效应效果
该电极在0.05–1.0 mM葡萄糖范围内呈线性响应，灵敏度6.57 µA mM−1 cm−2，高于壳聚糖修饰电极的3.3 µA mM−1 cm−2和硅胶基电极的3.47 µA mM−1 cm−2。表观Michaelis–Menten常数Km为1.10 mM，低于碳纳米管–壳聚糖电极的6.8 mM和硼掺杂碳纳米管电极的15.19 mM，表明纤维素–MWCNT基质提高了GOx对葡萄糖的亲和性。五个独立制备电极在0.2 mM葡萄糖下具有可接受的重现性；连续200次循环伏安扫描后峰电流不变，室温干燥保存10天后峰电流仅下降11%。作者认为该基质可推广至漆酶、氢化酶等，适用于生物传感器和生物电子器件。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GC），3 mm直径，抛光后作为电子转移界面
- 重构介质（制备后去除）：1-乙基-3-甲基咪唑乙酸酯（[EMIM][CH3COO]），溶解纤维素并分散MWCNT，成膜后水洗去除
- 纳米材料修饰层：多壁碳纳米管（MWCNT，Nanocyl-3100，平均直径10 nm，HNO3处理），提供导电通道和孔隙结构
- 生物相容基质：微晶纤维素（cellulose，3.0 wt.%），与MWCNT形成多孔导电基质并包埋酶
- 识别/催化元件：葡萄糖氧化酶（GOx，Aspergillus niger，~0.3 wt.%），催化葡萄糖氧化并实现FAD/FADH2直接电子转移
中文摘要
本研究以室温离子液体1-乙基-3-甲基咪唑乙酸酯（[EMIM][CH3COO]）为溶剂，将微晶纤维素重构为具有多孔结构和良好生物相容性的导电纤维素–多壁碳纳米管（MWCNT）基质。葡萄糖氧化酶（GOx）被包埋在该基质中并固定于玻璃碳电极表面。循环伏安和计时电流结果表明，包埋的GOx呈现稳定、清晰且近对称的可逆氧化还原峰，对应其黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD/FADH2）中心的直接电子转移。实验还证明固定化GOx保留对葡萄糖氧化的生物催化活性，可用于葡萄糖生物传感器。结果表明，该纤维素–MWCNT修饰生物电极在生物传感器及其他生物电子器件中具有应用潜力。
英文摘要
Conductive cellulose-multiwalled carbon nanotube (MWCNT) matrix with a porous structure and good biocompatibility has been prepared using a room temperature ionic liquid (1-ethyl-3-methylimidazolium acetate) as solvent. Glucose oxidase (GOx) was encapsulated in this matrix and thereby immobilized on a glassy carbon surface. The direct electron transfer and electrocatalysis of the encapsulated GOx has been investigated using cyclic voltammetry and chronoamperometry. The GOx exhibited a pair of stable, well defined and nearly symmetric reversible redox peaks. The experimental results also demonstrate that the immobilized GOx retains its biocatalytic activity toward the oxidation of glucose and therefore can be employed in a glucose biosensor. The results show that the bioelectrode modified by the cellulose-MWCNT matrix has potential for use in biosensors and other bioelectronics devices.