组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
过氧化氢（H2O2）；样品基质：磷酸盐缓冲液（PBS，pH 7.0）
检测原理
该传感器属于第三代无中介体电化学生物传感器。Hb 被固定在 GCE 表面的 GNS–Nafion 复合膜中，GNS 的高导电性和丰富边缘位点促进 Hb 血红素 Fe 中心与电极之间的直接电子转移，Nafion 则起分散、稳定和固定作用。当 H2O2 扩散到电极表面时，Hb 作为生物催化元件催化 H2O2 还原，Hb 的氧化还原中心通过直接电子转移与电极交换电子，使 H2O2 在约 -0.318 V 处发生电催化还原。在恒定电位 -0.33 V 下进行安培检测，还原电流随 H2O2 浓度升高而增大，从而实现对 H2O2 的定量检测。该体系不依赖人工电子中介体，工作电位接近 Hb 氧化还原电位，有利于降低干扰。
检测灵敏度
LOD: 2.0 × 10^-7 M；线性范围: 5.0 × 10^-7–8.0 × 10^-5 M；灵敏度: 412.7 mA M^-1 cm^-2；R^2 = 0.9995；KMapp: 37 mM
效应效果
该传感器对 H2O2 的响应时间小于 5 s，线性范围为 5.0 × 10^-7–8.0 × 10^-5 M，灵敏度为 412.7 mA M^-1 cm^-2，检出限为 2.0 × 10^-7 M，表观 Michaelis–Menten 常数为 37 mM。单电极六次测定相对标准偏差为 3.1%，五个独立制备电极的相对标准偏差为 3.4%（均在 1.0 mM H2O2 下）。连续循环伏安扫描 100 圈后响应基本不变，4 °C PBS 中保存 3 周仍保留 90% 初始响应。与 CNF–Nafion 体系相比，其线性范围更宽、灵敏度更高；检出限低于多数 CNT 基生物传感器。作者认为 GNS 成本低，适合与其他氧化还原蛋白结合，用于无中介体生物传感器、生物电子和生物燃料电池。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE，直径3 mm），经氧化铝抛光，作为工作电极和电子传导基底。
- 纳米材料修饰层：石墨纳米片（GNS）与Nafion复合膜，GNS提供高比表面积、导电性和边缘位点，Nafion作为分散稳定剂。
- 固定/成膜介质：Nafion（5 wt%原液稀释为1 wt%），与GNS和Hb混合铸膜，固定Hb并维持复合膜稳定。
- 识别/生物催化元件：血红蛋白（Hb，牛血红蛋白），实现H2O2的电催化还原并发生直接电子转移。
- 支持电解质：磷酸盐缓冲液（PBS，0.05 M pH 7.0 或 0.1 M），提供离子导电环境。
中文摘要
本文制备了石墨纳米片（GNS）–Nafion 复合材料，用于固定血红蛋白（Hb），构建无中介体过氧化氢（H2O2）生物传感器。通过扫描电子显微镜（SEM）、紫外–可见光谱（UV-vis）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）对 Hb–GNS–Nafion 复合膜进行表征。由于复合膜具有良好的生物相容性，固定后的 Hb 保留了天然结构。修饰电极表现出良好的直接电化学行为，电子转移速率常数为 6.63 s^-1，并对 H2O2 还原具有高电催化活性。所得生物传感器灵敏度为 412.7 mA M^-1 cm^-2，检出限为 2.0 × 10^-7 M，表观 Michaelis–Menten 常数为 37 mM。其性能与碳纳米纤维（CNF）和碳纳米管（CNT）基生物传感器相当或更优。由于 GNS 成本较低，该复合体系可与其他氧化还原蛋白结合，广泛应用于无中介体生物传感器、生物电子和生物燃料电池。
英文摘要
Graphite nanosheet (GNS)-Nafion composites were prepared for the immobilization of hemoglobin (Hb) to construct a mediator-free H(2)O(2) biosensor. Scanning electron microscopy (SEM), UV-vis spectroscopy and Fourier transform infrared spectroscopy were used to characterize the Hb-GNS-Nafion composite film. Due to good biocompatibility of the composite film, immobilized Hb retained its native structure. The Hb-GNS-Nafion composite film-modified electrodes showed direct electrochemistry with a fast electron-transfer rate (6.63 s(-1)) and high electrocatalytic activity to the reduction of hydrogen peroxide (H(2)O(2)). The resulting biosensor exhibited a high sensitivity of 412.7 mA M(-1) cm(-2), a low detection limit of 2.0 x 10(-7) M, and a small apparent Michaelis-Menten constant of 37 microM. These results were comparable or superior to the biosensors based on the carbon nanofiber (CNF)- and carbon nanotube (CNT)-based biosensors. Due to the lower cost of GNSs, the GNS-based composite can combine with other redox proteins and widely apply in mediator-free biosensors, bioelectronics and biofuel cells.