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），样品基质为pH 7.0磷酸盐缓冲液
检测原理
传感器以GMC/Nafion复合膜固定Hb于GC电极表面。GMC的高石墨化度提供导电通道，大孔与介孔容纳Hb并促进H2O2传质；Nafion改善水分散性和生物相容性。Hb血红素铁与电极之间发生直接电子转移，无需外加介质。当H2O2进入复合膜时，Hb发挥过氧化物酶样活性催化H2O2还原，电子经GMC传至GC，在−0.388 V恒电位下产生阴极安培电流。稳态电流随H2O2浓度增加而线性增大，多孔结构提高电活性Hb比例和传质速率，从而实现低检出限和宽线性范围。
检测灵敏度
LOD: 0.1 μM (S/N = 3)；线性范围: 1–267 μM；灵敏度: 101.6 mA cm−2 M−1；R = 0.998
效应效果
该传感器响应时间小于3 s，线性范围1–267 μM，灵敏度101.6 mA cm−2 M−1，R=0.998，检出限0.1 μM，表观米氏常数180 μM。电极内重复性RSD不超过2.6%（n=5），电极间重现性约5%。4 ℃磷酸盐缓冲液中保存21 d后仍保持90%以上初始响应。抗干扰方面，与H2O2等浓度的抗坏血酸、尿酸及5 mM葡萄糖不干扰检测。与CNTs相比，GMC上电活性Hb浓度为5.11×10−10 mol cm−2，电活性比例23.3%，均显著高于CNTs的1.73×10−10 mol cm−2和7.9%。作者认为GMC适用于生物医学和环境分析。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GC, glassy carbon electrode），作为工作电极和电子传导基底
- 纳米材料修饰层：石墨化有序大孔碳（GMC, graphitized ordered macroporous carbon），约380 nm大孔与2–30 nm介孔，提供高比表面积、大孔容和导电通道
- 固定/修饰层：Nafion（全氟磺酸聚合物），改善GMC水分散性、固定Hb与GMC并提供生物相容性和离子选择性
- 识别/催化元件：血红蛋白（Hb, hemoglobin），作为模型蛋白和过氧化物酶样催化元件，催化H2O2反应
- 信号读出：三电极电化学系统（CHI 440工作站，Ag/AgCl参比电极，铂丝辅助电极），恒电位安培法读取电流
中文摘要
本文通过镍催化石墨化聚苯乙烯阵列制备了具有分级介孔的石墨化有序大孔碳（GMC），大孔约380 nm，介孔2–30 nm，具有高比表面积、大孔容和良好导电性。用Nafion改善GMC水分散性并固定血红蛋白（Hb），将Hb–Nafion–GMC复合膜滴涂于玻璃碳电极（GC）表面，构建无介质电化学生物传感器。在pH 7.0磷酸盐缓冲液中，Hb在GMC基复合膜上发生直接电子转移，形式电位−0.36 V（vs. Ag/AgCl），表观异相电子转移速率常数1.2 s−1。与碳纳米管（CNTs）相比，GMC显著提高电活性Hb浓度和电活性比例。所制传感器检测过氧化氢（H2O2），线性范围1–267 μM，灵敏度101.6 mA cm−2 M−1，检出限0.1 μM，重现性和长期稳定性良好。
英文摘要
A novel graphitized ordered macroporous carbon (GMC, pore size approximately 380 nm) with hierarchical mesopores (2-30 nm) and high graphitization degree was prepared by nickel-catalyzed graphitization of polystyrene arrays. The obtained GMC possessed high specific surface area, large pore volume, and good electrical conductivity, which was explored for the enzyme entrapment and biosensor fabrication by a facile method. With advantages of novel nanostructure and good electrical conductivity, direct electrochemistry of hemoglobin (a model protein) was observed on the GMC-based biocomposite with a formal potential of -0.36 V (vs. Ag/AgCl) and an apparent heterogeneous electron transfer rate constant (k(s)) of 1.2 s(-1) in pH 7.0 buffer. Comparative studies revealed that GMC offered significant advantages over carbon nanotubes (CNTs) in facilitating direct electron transfer of entrapped Hb. The fabricated biosensor exhibited good sensitivity (101.6 mA cm(-2) M(-1)) and reproducibility, wide linear range (1-267 microM), low detection limit (0.1 microM), and good long-term stability for H(2)O(2) detection. GMC proved to be a promising matrix for enzyme entrapment and biosensor fabrication, and may find wide potential applications in biomedical detection and environmental analyses.