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
过氧化氢（H2O2, hydrogen peroxide）；样品基质：0.1 mol/L pH 7.0 磷酸盐缓冲液（PBS）、眼药水（eyedrops）
检测原理
Hb被固定于Fe3O4–CS复合膜中，其血红素Fe(III)/Fe(II)中心与玻璃碳电极之间发生直接电子转移，循环伏安中产生准可逆氧化还原峰。当溶液中存在H2O2时，Hb(Fe3+)与H2O2反应生成Compound I(Fe4+O)，随后经两步单电子还原再生Hb(Fe3+)并生成水，形成催化循环。H2O2浓度升高使催化还原电流增大，在5–90 μmol/L范围内呈线性响应。Fe3O4纳米粒子提高Hb负载量并改善取向，CS膜维持Hb构象与生物活性，从而放大催化电流并降低过电位。
检测灵敏度
LOD: 5.0 × 10−7 mol L−1；线性范围: 5–90 μmol L−1；灵敏度: 0.026 μA μM−1；相关系数: 0.999
效应效果
该传感器在4 ℃保存8天后仍保持初始活性的92%；对20 μmol/L H2O2的10次独立测定相对标准偏差为2.5%。眼药水样品稀释至30 μmol/L后，标准加入法测得H2O2浓度为29.86 μmol/L，回收率99.5%，表明实际样品中干扰较低、选择性良好。H2O2的表观米氏常数KappM为38.1 μmol/L，小于金纳米粒子壳聚糖电极的1.4 mmol/L和N,N-二甲基甲酰胺膜石墨电极的83.3 μmol/L；检出限低于氧化镍纳米粒子H2O2传感器的60 μmol/L。作者认为该Fe3O4–CS–Hb膜可用于直接电化学、生物传感和生物催化。
传感器的构成
- 基底电极：玻璃碳电极（GCE），提供导电基底和电子传递界面
- 纳米修饰层：四氧化三铁磁性纳米粒子（Fe3O4 NPs），增强Hb负载并促进电子传递
- 聚合物基质：壳聚糖（CS），分散Fe3O4、防止聚集并固定Hb
- 识别/催化元件：血红蛋白（Hb），血红素Fe(III)/Fe(II)中心实现直接电化学与H2O2电催化
- 信号标记物：无外源标记，Hb自身血红素中心作为电活性与催化中心
- 读出装置：电化学工作站（CHI 660A）三电极体系，循环伏安/稳态电流检测
中文摘要
本文采用化学共沉淀法合成四氧化三铁（Fe3O4）磁性纳米粒子，并通过X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）表征其晶型与粒径。将Fe3O4纳米粒子与壳聚糖（CS）混合形成复合膜，用于固定血红蛋白（Hb），构建过氧化氢（H2O2）生物传感器。循环伏安结果显示，Fe3O4–CS–Hb/玻璃碳电极在pH 7.0磷酸盐缓冲液中呈现一对清晰、准可逆的氧化还原峰，对应Hb血红素Fe(III)/Fe(II)的直接电子转移。其形式电位随pH升高线性负移，斜率为46.5 mV/pH，表明电子转移伴随单质子传递。电极上Hb的表面覆盖量约为1.13×10−10 mol/cm2，异相电子转移速率常数ks为1.04 s−1，说明Fe3O4–CS膜显著促进Hb与电极间的电子传递。该修饰电极对氧气和过氧化氢还原表现出良好电催化活性，H2O2的表观米氏常数KappM为38.1 μmol/L，可作为第三代H2O2生物传感器。
英文摘要
Magnetic nanoparticles (Fe(3)O(4)) were synthesized by a chemical coprecipitation method. X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscope (TEM) were used to confirm the crystallite structure and the particle's radius. The Fe(3)O(4) nanoparticles and chitosan (CS) were mixed to form a matrix in which haemoglobin (Hb) can be immobilized for the fabrication of H(2)O(2) biosensor. The Fe(3)O(4)-CS-Hb film exhibited a pair of well-defined and quasi-reversible cyclic voltammetric peaks due to the redox of Hb-heme Fe (III)/Fe (II) in a pH 7.0 phosphate buffer. The formal potential of Hb-heme Fe(III)/Fe(II) couple varied linearly with the increase of pH in the range of 4.0-10.0 with a slope of 46.5 mV pH(-1), indicating that electron transfer was accompanied with single proton transportation in the electrochemical reaction. The surface coverage of Hb immobilized on Fe(3)O(4)-CS film glassy carbon electrode was about 1.13 x 10(-10)mol cm(-2). The heterogeneous electron transfer rate constant (k(s)) was 1.04 s(-1), indicating great facilitation of the electron transfer between Hb and magnetic nanoparticles-chitosan modified electrode. The modified electrode showed excellent electrocatalytic activity toward oxygen and hydrogen peroxide reduction. The apparent Michaelis-Menten constant K(M)(app) for H(2)O(2) was estimated to be 38.1 micromol L(-1).