组成图示
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传感器类型
比色生物传感器
检测对象
葡萄糖（glucose），样品基质为葡萄糖溶液（磷酸盐缓冲液）；作者称该范围可覆盖血糖（0–20 mM）
检测原理
葡萄糖扩散进入海藻酸钙凝胶珠后，被包埋的葡萄糖氧化酶（GOx）催化氧化，生成过氧化氢（H2O2）。H2O2 作为还原剂，在氯金酸（HAuCl4）存在下将 Au(III) 还原为 Au(0)，并优先沉积于凝胶内预包埋的金纳米颗粒种子表面，使 Au NP 尺寸逐渐增大。海藻酸凝胶网络限制新生小颗粒脱离，使反应以 Au NP 增大为主，导致局域表面等离子体吸收峰发生红移，535 nm 处吸光度随葡萄糖浓度升高而增加。该过程通过酶催化产生 H2O2 驱动纳米颗粒原位生长，实现光学信号放大，最终由 UV-Vis 吸光度变化读出葡萄糖浓度。
检测灵敏度
线性范围: 0–150 mM H2O2（535 nm 吸光度）；0–800 mM glucose（535 nm 吸光度，高浓度饱和）
效应效果
实验以 535 nm 吸光度和吸收峰位置作为读出。H2O2 浓度从 0 增至 240 mM 时，TEM 显示 Au NP 平均粒径由 14 nm 增至 33 nm；535 nm 吸光度在 0–150 mM H2O2 范围内近似线性，高浓度趋于饱和。葡萄糖检测中，535 nm 吸光度在 0–800 mM 范围内随浓度增加，高浓度饱和，且凝胶中仅出现红移，而自由溶液高浓度出现蓝移，说明凝胶基质有利于 Au NP 增大。对照实验表明，缺少葡萄糖、GOx 或 Au 物种均无吸光度变化，证明检测依赖酶促氧化与金纳米颗粒生长。作者认为该范围可覆盖血糖诊断常用范围（0–20 mM），并可为其他氧化酶体系提供光学传感路线。
传感器的构成
- 载体基质：海藻酸钠（sodium alginate）与氯化钙（CaCl2）交联形成海藻酸钙凝胶珠（Ca-alginate gel beads），包埋并稳定酶与纳米颗粒
- 识别元件：葡萄糖氧化酶（glucose oxidase, GOx），包埋于凝胶中，催化葡萄糖氧化生成 H2O2
- 纳米信号载体：柠檬酸稳定金纳米颗粒种子（citrate-stabilized Au NP seeds，约13 nm），作为原位生长核和光学信号载体
- 信号放大前驱体：氯金酸（HAuCl4，AuCl4-），在 H2O2 还原下沉积为 Au(0) 使 Au NP 增大
- 生长助剂：十六烷基三甲基氯化铵（CTAC），加入生长液辅助 Au NP 增大
- 信号读出：UV-Vis 光谱/微孔板读数仪，测量 535 nm 吸光度及吸收峰红移
中文摘要
本研究将柠檬酸稳定金纳米颗粒种子（Au NP seeds）与葡萄糖氧化酶（GOx）共同包埋于海藻酸钙凝胶珠中，构建基于金纳米颗粒原位生长的葡萄糖光学传感平台。葡萄糖在固定化 GOx 催化下氧化生成过氧化氢（H2O2），H2O2 在氯金酸（HAuCl4）存在下将 Au(III) 还原为 Au(0)，并沉积于 Au NP 种子表面，使凝胶内金纳米颗粒尺寸逐渐增大。通过紫外-可见吸收光谱和透射电镜观察，凝胶中 Au NP 增大主要表现为表面等离子体吸收峰红移，而自由溶液中高葡萄糖浓度还会因新生小颗粒形成出现蓝移。结果表明，凝胶基质可抑制小颗粒生成并促进 Au NP 增大，使 535 nm 吸光度随葡萄糖浓度增加而升高。该策略为金属纳米颗粒与氧化酶共包埋的光学生物传感器提供了简单可行的制备路线。
英文摘要
In situ growth of gold nanoparticles (Au NPs) was performed in an alginate gel matrix co-encapsulating Au NP seeds and glucose oxidase (GOx) for the development of a glucose-sensing platform. We observed a simultaneous growth of Au NPs in the alginate matrix through the reduction of AuCl4(-) by H2O2 on Au NP seeds. The detection of the glucose level was carried out successfully via the coupling of Au NP enlargement with the oxidation of glucose catalyzed by the immobilized GOx. The enlargement of Au NPs in the alginate matrix exhibited only a red-shift in absorbance maxima, while the generation of small Au NPs in a free solution caused a blue-shift in higher glucose concentrations. This study shows that the co-encapsulation of metal NPs and bioreceptor in a gel matrix may provide a simple route for the fabrication of an optical biosensor.