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
过氧化氢 (hydrogen peroxide, H2O2)；样品基质：0.05 M PBS标准溶液、消毒剂样品 (disinfector sample)
检测原理
该传感器以玻璃碳电极为基底，DNA-SWCNTs作为修饰层，HRP作为识别/催化元件。HRP与DNA-SWCNTs混合后滴涂干燥，DNA间隔层可保持HRP构象与活性，SWCNTs提供高比表面积和电子传导通道。检测时，H2O2进入电极表面，被HRP催化还原；HRP血红素Fe(III)中心接受电子和质子，发生Fe(III)/Fe(II)可逆氧化还原，并通过DNA-SWCNTs杂化膜与GC电极之间直接电子转移，无需外源电子媒介体。在pH 7.0 PBS中施加-0.30 V，H2O2还原产生的电子流形成安培电流。低浓度下电流随H2O2浓度线性增加，高浓度下因酶催化饱和呈现Michaelis–Menten动力学特征。
检测灵敏度
LOD: 3.0 × 10−7 M；线性范围: 6.0 × 10−7 to 1.8 × 10−3 M；灵敏度: 43.82 μA mM−1
效应效果
传感器响应迅速，连续加入0.1 mM H2O2后4 s内达到95%稳态。重现性良好，5个电极RSD为5.8%，单电极10次测量RSD为2.4%。4 ℃ PBS中保存30 d后仍保持85%以上初始响应，2周仅损失7%。选择性方面，葡萄糖、抗坏血酸、尿酸和柠檬酸在1:10浓度比下干扰较小，半胱氨酸使响应下降约22%。与HRP-DNA/GC相比，线性范围更宽、LOD更低、灵敏度由13.58 μA mM−1提高至43.82 μA mM−1。消毒剂样品稀释50倍后测得H2O2为27.83±0.62 mM，与高锰酸钾滴定28.18±0.48 mM一致，加标回收率97–101%，表明可用于实际样品检测。
传感器的构成
- 基底/工作电极：玻璃碳电极 (GC electrode)，经0.3和0.05 μm氧化铝抛光，作为换能器基底。
- 纳米修饰层：DNA功能化单壁碳纳米管 (DNA-SWCNTs)，由单壁碳纳米管 (SWCNTs) 与小牛胸腺双链DNA超声分散形成，提供高比表面积并促进电子转移。
- 识别/催化元件：辣根过氧化物酶 (HRP, E.C.1.11.1.7)，与DNA-SWCNTs等体积混合后滴涂干燥固定，催化H2O2还原。
- 信号标记物：无外源标记物，HRP血红素Fe(III)/Fe(II)中心与电极直接电子转移，属第三代无媒介体传感。
- 电解液：0.05 M磷酸盐缓冲液 (PBS, pH 7.0)，充氮气除氧，提供离子导电与酶催化环境。
- 辅助电极：铂丝对电极与Ag/AgCl (3 M KCl)参比电极，组成三电极电化学检测体系。
中文摘要
本文报道了一种基于DNA功能化单壁碳纳米管（DNA-SWCNTs）固定辣根过氧化物酶（HRP）的第三代过氧化氢（H2O2）生物传感器。将HRP与DNA-SWCNTs混合后滴涂于玻璃碳（GC）电极表面，循环伏安法表明HRP在DNA-SWCNTs杂化膜中实现了直接电化学，且DNA间隔层有助于保持HRP生物活性。与HRP-SWCNTs/GC和HRP-DNA/GC电极相比，HRP-DNA-SWCNTs/GC电极具有更优异的电化学性能。在优化条件下，该传感器对H2O2的线性范围为6.0×10−7至1.8×10−3 M，检出限为3.0×10−7 M（信噪比3）。传感器响应迅速、稳定性高、重现性好、灵敏度高，并可用于消毒剂样品中H2O2浓度的测定。
英文摘要
In this paper, DNA functionalized SWCNTs were used to immobilize horseradish peroxidase (HRP) on glassy carbon (GC) electrode. Cyclic voltammetry showed that the direct electrochemistry of HRP immobilized on DNA-SWCNTs hybrids was achieved. The DNA interlayer between the SWCNTs and HRP could be used to keep the activity of HRP. Compared with HRP-SWCNTs/GC and HRP-DNA/GC electrodes, the prepared HRP-DNA-SWCNTs/GC electrode exhibited more excellent electrochemical properties. Thus, the prepared HRP-DNA-SWCNTs/GC electrode was proposed as a third-generation H(2)O(2) biosensor. The effect of pH and applied potential on the performance of the biosensor was discussed in detail. Under the optimal conditions, a wide linear range of the propose biosensor for the detection of H(2)O(2) was observed from 6.0x10(-7) to 1.8 x10(-3)M. The detection limit was found to be 3.0 x10(-7)M at a signal-to-noise ratio of 3. Furthermore, the proposed biosensor displayed rapid response, high stability, very good reproducibility and high sensitivity for the detection of H(2)O(2). Determination H(2)O(2) concentration in disinfector sample by the proposed biosensor also showed satisfactory result.