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：0.1 M PBS（pH 7.0）、血清（serum）
检测原理
该传感器以玻碳电极为基底，CNx-MWNTs修饰层提供导电网络、大比表面积和生物相容界面，使GOx保持活性并实现FAD/FADH2直接电子转移。在空气饱和PBS中，电极将GOx(FAD)还原为GOx(FADH2)，随后FADH2被溶解氧氧化再生GOx(FAD)并产生H2O2，形成EC催化过程，使氧还原电流增大。加入葡萄糖后，GOx(FAD)优先催化葡萄糖氧化为葡萄糖酸内酯并生成FADH2，消耗GOx(FAD)，从而抑制溶解氧的电催化还原，导致差分脉冲伏安或安培电流降低。葡萄糖浓度越高，电流降低越明显，据此实现定量。该过程无需电子介质，工作电位较低，有利于减少共存电活性物质干扰。
检测灵敏度
LOD: 0.01 mM (S/N = 3)；线性范围: 0.02–1.02 mM；灵敏度: 13.0 μA mM−1 cm−2
效应效果
该传感器在低工作电位下抗干扰能力强，1.00 mM尿酸或抗坏血酸仅使0.10 mM葡萄糖还原电流增加3.4%或4.7%。表观米氏常数Kapp m为2.2 mM，低于文献中14.4、21和37.6 mM，表明固定化GOx对葡萄糖亲和力高。血清样品无需复杂前处理，测得葡萄糖4.45 mM，与分光光度法4.58 mM一致；加标0.10和0.50 mM回收率为104±5.7%和94±6.6%。连续10次检测0.10 mM葡萄糖RSD为5.0%，5个独立制备电极RSD为3.9%；连续扫描40次后保留95%初始响应，4℃保存20天后保留96%。灵敏度13.0 μA mM−1 cm−2，高于MWCNTs、单壁碳纳米角和介孔碳泡沫等报道，作者认为CNx-MWNTs适合构建第三代酶生物传感器。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻碳电极（GCE），经0.3和0.05 μm氧化铝抛光及超声清洗，作为工作电极和电子传导基底
- 纳米材料修饰层：氮掺杂多壁碳纳米管（CNx-MWNTs）薄膜，滴涂干燥，提供导电网络、大比表面积、生物相容性并促进GOx直接电子转移
- 识别元件：葡萄糖氧化酶（GOx），在0.1 M PBS中2 mg/mL浸渍吸附20 h，催化葡萄糖氧化并发生FAD/FADH2直接电子转移
- 稳定/封闭层：1% Nafion溶液滴涂，固定酶膜、防止酶泄漏、提高稳定性
- 检测介质：0.1 M PBS（pH 7.0），提供反应环境；空气饱和提供O2参与电催化
- 参比/对电极：饱和甘汞电极（SCE）和铂丝，用于三电极电化学测量
中文摘要
本文报道了一种新型葡萄糖生物传感器，其制备方法是将葡萄糖氧化酶（GOx）固定于氮掺杂碳纳米管（CNx-MWNTs）修饰的电极表面。由于氧分子在CNx-MWNTs表面以双原子侧向吸附方式结合，CNx-MWNTs膜对氧气还原表现出优异的电催化活性。氮掺杂能够加速电极表面与固定化GOx之间的电子转移，从而实现GOx的直接电化学。扫描电子显微镜、接触角测量和电化学阻抗谱表征显示，该生物功能界面具有良好的生物相容性、优异的导电网络以及较大的比表面积。固定化GOx的直接电子转移使该传感器能够稳定地用于葡萄糖的安培检测，线性范围为0.02–1.02 mM，检出限为0.01 mM（S/N=3）。这些结果表明，CNx-MWNTs是构建基于固定化酶直接电化学的第三代酶生物传感器的优良候选材料。
英文摘要
A novel biosensor for glucose was prepared by immobilizing glucose oxidase (GOx) on nitrogen-doped carbon nanotubes (CNx-MWNTs) modified electrode. The CNx-MWNTs membrane showed an excellent electrocatalytic activity toward the reduction of O(2) due to its diatomic side-on adsorption on CNx-MWNTs. The nitrogen doping accelerated the electron transfer from electrode surface to the immobilized GOx, leading to the direct electrochemistry of GOx. The biofunctional surface showed good biocompatibility, excellent electron-conductive network and large surface-to-volume ratio, which were characterized by scanning electron microscopy, contact angle and electrochemical impedance technique. The direct electron transfer of immobilized GOx led to stable amperometric biosensing for glucose with a linear range from 0.02 to 1.02 mM and a detection limit of 0.01 mM (S/N=3). These results indicated that CNx-MWNTs are good candidate material for construction of the third-generation enzyme biosensors based on the direct electrochemistry of immobilized enzymes.