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
生化需氧量（BOD，biochemical oxygen demand）；样品基质：海水、葡萄糖/谷氨酸（GGA）标准溶液、纯有机物溶液
检测原理
样品中可生物降解有机物被固定在 ormosil-PVA 膜中的三种海水微生物氧化为 CO2，释放的电子经微生物呼吸链传递给 PAPS-FC 层中的铁氰化物（FC），使 FC 还原为亚铁氰化物。亚铁氰化物在玻璃碳电极阳极被再氧化为 FC，产生与电子转移量成正比的阳极电流。BOD 越高，有机物代谢产生的电子越多，FC/亚铁氰化物循环量越大，阳极电流越强。FC 通过离子缔合固定在含烷基铵基团聚硅氧烷 PAPS-Cl 中，TiO2 溶胶-凝胶膜保护介体，减少流失并维持电化学活性。孵育 30 min 后，在三电极体系中用循环伏安或计时安培记录阳极电流，实现 BOD 的电化学定量。
检测灵敏度
LOD: 0.8 mg O2 L−1；线性范围: 1.2–40 mg O2 L−1；灵敏度斜率: 0.037（校准方程 y = 2.907 + 0.037x）；r = 0.994
效应效果
该传感器在 20 mg O2 L−1 GGA 下单传感器 RSD 为 3.8%，批间重现性为 7.7%；连续使用 0.5–4 h 电流仅下降 5.2%。溶解氧饱和或除氧对响应无显著差异，pH 5.5–8.3 中 pH 7.3 响应最高，实验选 pH 7.7；温度 15–45 ℃中 35 ℃最佳，但为延长寿命选 25 ℃。1 mg L−1 共存金属离子中多数影响较小，Ag+、Pb2+、Cu2+ 使响应分别降低 12.68%、10.75% 和 8.12%。对九种纯有机物的 BOD 测定与 BOD5 及其他 BOD 传感器方法比较，葡萄糖响应较高，蔗糖和组氨酸结果与 BOD5 相近。海水样品与 BOD5 方法相关系数 r=0.988（n=5），BODFC 值略高，说明微生物激活增强降解能力。方法具有快速、低 FC 用量、适合海水 BOD 测定的应用价值。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE），提供电子传导与电化学信号读出
- 介体固定层：PAPS-FC，由含烷基铵基团聚硅氧烷 PAPS-Cl 与铁氰化物（FC）离子缔合形成，固定 FC 作为电子介体
- 保护层：TiO2 溶胶-凝胶膜，覆盖 PAPS-FC，保护介体并允许电子/离子传递
- 微生物固定层：有机改性硅酸盐（ormosil）-聚乙烯醇（PVA）基质，固定 Exiguobacterium marius、Bacillus horikoshii、Halomonas marina 三种海水微生物
- 识别元件：三种海水微生物全细胞，氧化可生物降解有机物，将电子经呼吸链传递给 FC
- 信号介体：铁氰化物/亚铁氰化物（FC/Fe(CN)6^3-/Fe(CN)6^4-），接受微生物电子并在电极上再氧化产生阳极电流
- 支持电解质：0.01 mol/L 磷酸盐缓冲液（PB，pH 7.7），维持微生物活性与电化学测量环境
中文摘要
本文报道了一种基于铁氰化物（FC）介体固定于可离子交换聚硅氧烷膜中的新型生化需氧量（BOD）传感方法。以盐酸催化 3-氨基丙基三甲氧基硅烷（APTMOS）溶胶-凝胶反应合成含烷基铵基团的离子交换聚硅氧烷 PAPS-Cl，FC 通过离子缔合作用于 PAPS-Cl 形成 PAPS-FC，并修饰玻璃碳电极（GCE）。修饰电极上 FC 的表观扩散系数为 9.8×10−11 cm2 s−1。在三电极体系中，反应混合物孵育 30 min 后，阳极电流响应与葡萄糖/谷氨酸（GGA）浓度在 0–40 mg O2 L−1 范围内呈线性（r=0.994）。单传感器和批间重现性分别小于 3.8% 和 7.7%。研究了溶解氧、pH、温度及共存物质对 BOD 响应的影响，并将传感器对九种纯有机物的响应与常规 BOD5 及其他生物传感器方法比较。海水样品检测结果与 BOD5 方法具有良好相关性（r=0.988），表明该方法可用于海水 BOD 测定。
英文摘要
A novel biochemical oxygen demand (BOD) sensing method employing a ferricyanide (FC) mediator immobilized in an ion-exchangeable polysiloxane was developed. The ion-exchangeable polysiloxane containing alkylammonium groups (PAPS-Cl) was synthesized by sol-gel reaction of 3-(aminopropyl)trimethoxysilane (APTMOS) catalyzed by hydrochloric acid. FC was combined in PAPS-Cl via ion-association and the product was labeled as PAPS-FC, which was employed for a modified glassy carbon electrode. The apparent diffusion coefficient (D(app)) of FC on the modified glassy carbon electrode was 9.8x10(-11) cm(2) s(-1). In a three-electrode system, a linear relationship between the anodic current responses and glucose/glutamate (GGA) concentration was obtained up to 40 mg O2 L(-1) (r=0.994) when the reaction mixture was incubated for 30 min. Single sensor and piece-to-piece reproducibility were less than 3.8 and 7.7%, respectively. The effects of dissolved oxygen, pH, temperature and co-existing substances on the BOD responses were studied. The sensor responses to nine pure organic substances were compared with the conventional BOD5 method and other biosensor methods. Detection results of seawater samples were compared with those obtained from the BOD5 method and showed a good correlation (r=0.988).