电化学生物传感器 2006

One-step synthesis of AgCl/polyaniline core-shell composites with enhanced electroactivity.

Nanotechnology Feng X, Liu Y, Lu C, Hou W, Zhu JJ
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组成图示

One-step synthesis of AgCl/polyanilin... 传感器构成示意图

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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 0.1 M PBS(pH 7.0)缓冲溶液。

检测原理

该传感器没有使用酶、抗体或适配体等生物识别元件,而是依靠 AgCl/PANI 核壳复合材料对 H2O2 的电催化作用。H2O2 从 0.1 M PBS(pH 7.0)扩散到修饰层表面,在 -0.4 V 恒电位下被还原。PANI 壳层在中性环境中仍具有氧化还原活性,AgCl 核作为半导体与 PANI 形成良好界面,增加电荷转移活性位点,使远离电极表面的 PANI 也能参与电子传递。H2O2 浓度越高,单位时间内在界面发生的还原反应越多,产生的电子转移越强,安培还原电流随之增大。信号放大主要来自核壳结构增强 PANI 电化学活性和快速传质,而非 HCR、RCA 或酶催化沉积。

检测灵敏度

LOD: 2 × 10^-4 mol l^-1 (S/N = 3);线性范围: 6 × 10^-4–9 × 10^-3 mol l^-1

效应效果

该传感器响应迅速,加入 H2O2 后还原电流在 6 s 内达到最大值的 95%。2 mM H2O2 下循环伏安 100 次后,峰电流保持初始响应的 99%。电极在 PBS 中 4 ℃ 保存 20 h 或干燥 4 ℃ 保存 20 d 后无明显变化。同一电极 2 mM H2O2 连续 6 次测定 RSD 为 0.6%;5 个独立电极 RSD 为 4.5%。原文未报告选择性、抗干扰、实际样品回收率或与 ELISA/HPLC/qPCR 的对比。作者认为该材料中性 pH 电化学行为优异,可用于快速稳定的 H2O2 检测。

传感器的构成

  • 基底/换能器电极:玻碳电极(GCE),直径 3 mm,经 1.0、0.3、0.05 μm 氧化铝抛光,提供电子传导与信号读出。
  • 纳米材料修饰层:AgCl/PANI 核壳纳米复合材料,AgCl 核直径约 20–50 nm,PANI 壳厚约 20 nm,整体粒径约 40–70 nm,提供电催化活性。
  • 壳层导电聚合物:聚苯胺(PANI),在中性 PBS 中保持氧化还原活性,传递电子并催化 H2O2 还原。
  • 核层无机半导体:氯化银(AgCl),与 PANI 界面接触增加电荷转移活性位点,增强电化学活性。
  • 稳定/锚定剂:聚乙烯吡咯烷酮(PVP),合成中锚定 AgCl 表面诱导 PANI 包覆并防止聚集,少量残留可能影响电化学活性。
  • 识别元件:无独立生物识别元件,H2O2 直接在 AgCl/PANI 修饰层表面发生电催化反应。
  • 工作介质:0.1 M PBS(pH 7.0),提供离子传导与中性环境。
  • 信号标记物:无独立标记物,H2O2 电催化还原直接产生安培电流。

中文摘要

本文报道了一种在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)存在下通过一步法合成氯化银/聚苯胺(AgCl/PANI)核壳纳米复合材料的方法。PVP 既作为锚定剂诱导 PANI 在 AgCl 表面包覆形成核壳结构,又能有效防止 PANI 聚集。透射电镜(TEM)直接证实了核壳形貌,傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实 PANI 形成,X 射线衍射(XRD)显示晶态 AgCl 存在,热重分析(TGA)进一步表征了组成。循环伏安实验表明,该复合材料在中性磷酸盐缓冲液(PBS)中具有良好的氧化还原活性,AgCl 半导体与 PANI 的界面接触可增强电荷转移。基于其优异电化学行为,作者将其修饰在玻碳电极上构建过氧化氢(H2O2)生物传感器。该传感器对 H2O2 具有快速安培响应,线性范围为 6×10^-4–9×10^-3 mol/L。

英文摘要

Silver chloride/polyaniline (PANI) core-shell composites were synthesized through a facile one-step process in the presence of polyvinylpyrrolidone (PVP). PVP not only acted as an anchor agent leading to the formation of the core-shell structure but also prevented the aggregation of PANI efficiently. Transmission electron microscopy (TEM) images gave direct evidence of the core-shell structure. Fourier transform infrared (FTIR) confirmed the formation of PANI and x-ray diffraction (XRD) showed the presence of crystal AgCl. Cyclic voltammetric experiments indicated that this kind of material showed excellent redox ability in neutral solution. Based on the excellent electrochemical behaviour of the AgCl/PANI, it was applied to construct a H(2)O(2) biosensor. The biosensor exhibited a fast amperometric response to H(2)O(2) with the linear range 6 x 10(-4)-9 x 10(-3) mol l(-1).

关键词

氯化银/聚苯胺核壳复合材料聚苯胺电化学生物传感器过氧化氢安培检测玻碳电极