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），样品基质：10 mM磷酸盐缓冲液（pH 7.5）
检测原理
传感器以氧化碳纳米纤维（CNF）为导电修饰层，葡萄糖氧化酶（GOx）作为识别元件。GOx特异性催化葡萄糖氧化为葡萄糖酸，同时生成过氧化氢（H2O2）。在+0.7 V工作电位下，H2O2在电极表面发生电化学氧化，产生与葡萄糖浓度成正比的阳极电流。氧化CNF表面富含羧基，一方面通过吸附或EDC/sulfo-NHS共价偶联提高GOx负载与固定稳定性，另一方面增强对H2O2的电化学氧化效率，使信号放大。共价固定化可防止酶流失，提高长期稳定性。
检测灵敏度
线性范围: 0.2–2.2 mM；灵敏度: 0.45 μA/mM（原生CNF/吸附GOx）、1.18 μA/mM（氧化CNF/吸附GOx）、0.24 μA/mM（氧化CNF/共价GOx）；H2O2灵敏度: 65.4 μA/mM（氧化CNF）与11.0 μA/mM（原生CNF，+0.8 V）
效应效果
三种葡萄糖生物传感器在0.2–2.2 mM范围内线性响应，响应时间0.5–1 min，传感器间重现性RSD<2%（n=3）。连续极化稳定性显示：原生CNF/吸附GOx在164 h后保留58%活性，氧化CNF/吸附GOx保留71%；氧化CNF/共价GOx在194 h内保持初始活性，600 h后仍保留50%。氧化CNF对H2O2的氧化灵敏度在+0.8 V下为65.4 μA/mM，约为原生CNF（11.0 μA/mM）的6倍。论文未报告选择性/抗干扰实验、实际样品加标回收率或与ELISA/HPLC/qPCR的对比，但作者认为氧化CNF结合共价固定化GOx可构建长期稳定、适合器件化的电化学生物传感器。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：铂背衬电极（platinum-backed electrode），作为工作电极并传导电流
- 封装/隔离层：透析膜（dialysis membrane），涂覆于电极表面并容纳碳纳米纤维膜
- 纳米材料修饰层：碳纳米纤维（CNF）膜，厚度0.5 mm，提供导电通道与固定化基底
- 表面官能团：羧酸基团（-COOH），由浓H2SO4/HNO3氧化引入，用于酶吸附或共价偶联
- 共价偶联试剂：EDC与sulfo-NHS，用于氧化CNF羧基与GOx氨基形成酰胺键
- 识别元件：葡萄糖氧化酶（GOx），催化葡萄糖氧化并产生H2O2
- 信号产物：过氧化氢（H2O2），在电极表面氧化产生阳极电流
- 电解液：10 mM磷酸盐缓冲液（pH 7.5），维持酶活性与电化学测量环境
中文摘要
本研究比较原生与经浓H2SO4/HNO3氧化处理的石墨烯层状碳纳米纤维（CNF）的结构、表面官能团和电化学转导性能，并评估不同蛋白质固定化方法在酶生物传感器中的应用。拉曼光谱显示氧化后D/G带强度比由0.30升至0.42，表明缺陷和sp3碳增加；酸碱滴定与NaHCO3滴定表明氧化CNF表面酸性官能团显著增加，其中羧酸基团达81.4 μmol/g。氧化CNF对H2O2的电化学氧化响应更强，在+0.8 V下灵敏度为65.4 μA/mM，约为原生CNF的6倍。进一步将葡萄糖氧化酶（GOx）通过吸附或EDC/sulfo-NHS共价化学固定于CNF，比较所得葡萄糖生物传感器的灵敏度、响应时间和连续极化稳定性。结果显示氧化CNF/吸附GOx初始灵敏度较高，而氧化CNF/共价GOx在连续工作194 h后仍保持初始活性，600 h后仍保留50%，表明氧化CNF是构建高稳定电化学生物传感器的优良基底。
英文摘要
The properties of native and oxidised graphene layered carbon nanofibres are compared, and their utilisation in enzyme biosensor systems using different immobilisation methods are evaluated. The efficient oxidation of carbon nanofibres with concentrated H(2)SO(4)/HNO(3) is confirmed by Raman spectroscopy while the introduction of carboxylic acid groups on the surface of the fibres by titration studies. The oxidised fibres show enhanced oxidation efficiency to hydrogen peroxide, while at the same time they exhibit a more efficient and selective interaction with enzymes. The analytical characteristics of biosensor systems based on the adsorption or covalent immobilisation of the enzyme glucose oxidase on carbon nanofibres are compared. The study reveals that carbon nanofibres are excellent substrates for enzyme immobilisation allowing the development of highly stable biosensor systems.