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
酚类化合物（phenolic compounds）：邻苯二酚（catechol）、对甲酚（p-cresol）、间甲酚（m-cresol）、对氯苯酚（p-chlorophenol）、苯酚（phenol）；样品基质：环境水样/天然河水（natural river water）
检测原理
该传感器为无中介体安培型。固定化PPO在O2存在下催化酚类底物发生羟基化和氧化反应，生成邻醌（o-quinone）。邻醌从BiOx多孔膜中扩散至GCE表面，在-0.2 V下被电化学还原，产生与酚浓度成正比的还原电流。BiOx膜的高亲水性、多孔结构和较高渗透性有利于底物、O2及邻醌的传质，并维持PPO活性；其半导体特性可能降低生物膜电阻，促进电子转移。由于邻醌可被电极还原并再生为PPO可识别的氢醌类底物，形成底物循环，从而增强响应。电流随酚浓度升高而增大，在邻苯二酚4 nM–15 μM范围内线性。
检测灵敏度
LOD: 1 × 10−9 M (S/N = 3)；线性范围: 4 × 10−9 M–1.5 × 10−5 M；灵敏度: 11.3 ± 0.2 A M−1 cm−2；R^2 = 0.999
效应效果
该传感器响应时间小于8 s，对邻苯二酚灵敏度11.3 A M−1 cm−2，高于PPO/LDH（7.807 A M−1 cm−2）、PPO/CaCO3（6.77 A M−1 cm−2）、ZnO-sol-gel（2.4 A M−1 cm−2）和pyrrol-ammonium（1.5 A M−1 cm−2）。五种酚响应顺序为p-cresol>catechol>m-cresol>p-chlorophenol>phenol。7个电极对0.5 μM catechol的RSD为5.6%；40次连续测定RSD为4.1%；4 ℃保存3周响应不变，47天后保留72%。100倍aniline、benzylalcohol、Mg2+、Ca2+、Cu2+无显著干扰；1 mM benzaldehyde引起轻微负误差，平均回收率93.7%。天然河水加标回收率为100.3%–128.8%，表明可用于环境水样酚类快速检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE），直径3 mm，抛光后作为工作电极与电子转导基底
- 纳米材料修饰层：多晶氧化铋（BiOx）胶体膜（PPO/BiOx质量比2:1），片层多孔结构，提供亲水微环境、高渗透性和酶固定位点
- 识别元件：多酚氧化酶（PPO，EC 1.14.18.1，蘑菇来源，40 μg/电极），催化酚类氧化生成邻醌
- 交联固定剂：戊二醛（glutaraldehyde）蒸气，处理15 min，诱导PPO化学交联
- 清洗介质：磷酸盐缓冲液（PBS），搅拌清洗20 min，去除未固定酶
- 反应电解质：0.1 M磷酸盐缓冲液（PBS，pH 6.0），提供酶促反应环境
- 参比/对电极：饱和甘汞电极（SCE）与铂箔电极，构成三电极体系
- 信号读出：CHI 660电化学工作站，在-0.2 V安培检测邻醌还原电流
中文摘要
本文报道了一种基于多晶氧化铋（BiOx）膜与多酚氧化酶（PPO）的无中介体安培生物传感器，用于环境水样中酚类化合物的检测。作者将实验室制备的多晶BiOx胶体与PPO混合后涂覆于玻璃碳电极（GCE）表面，并通过戊二醛蒸气交联固定酶分子。BiOx具有多晶相组成、亲水表面和多孔片层结构，可为固定化PPO提供有利微环境，保持其生物活性并促进底物传质。通过优化酶/基质比例、膜厚、pH和施加电位，所得PPO/BiOx电极对邻苯二酚在4×10−9 M至1.5×10−5 M范围内呈线性响应，灵敏度为11.3 A M−1 cm−2，检出限为1×10−9 M（S/N=3）。该传感器还经SEM、FTIR和旋转圆盘电极伏安法表征，显示其具有快速响应、良好稳定性和实际水样检测潜力。
英文摘要
An attractive biocomposite based on polycrystalline bismuth oxide (BiO(x)) film and polyphenol oxidase (PPO) was proposed for the construction of a mediator-free amperometric biosensor for phenolic compounds in environmental water samples. The phenolic biosensor could be easily achieved by casting the biocomposite on the surface of glassy carbon electrode (GCE) via the cross-linking step by glutaraldehyde. The laboratory-prepared bismuth oxide semiconductor was polymorphism. Its hydrophilicity provided a favorable microenvironment for retaining the biological activity of the immobilized protein. The parameters of the fabrication process and the various experimental variables for the enzyme electrode were optimized. The proposed PPO/BiO(x) biosensor provided a linear response to catechol over a concentration range of 4 x 10(-9)M to 1.5 x 10(-5)M with a dramatically developed sensitivity of 11.3 AM(-1)cm(-2) and a detection limit of 1 x 10(-9)M based on S/N=3. In addition, the PPO/BiO(x) biocomposite was characterized by scanning electron microscope (SEM), Fourier transform infrared spectra (FTIR) and rotating disk electrode voltammetry.