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, D-glucose）；样品基质：PBS 缓冲液（pH 7.4），文中提及可用于人血糖但实际样品为 PBS
检测原理
葡萄糖氧化酶（GOD）固定于石墨烯–壳聚糖膜中，其 FAD 辅基与石墨烯导电网络之间发生直接电子转移，保持酶活性。当葡萄糖加入含溶解氧的 PBS 时，GOD 催化葡萄糖氧化为葡萄糖酸内酯，同时消耗 O2 并生成 H2O2。葡萄糖浓度升高使界面附近溶解氧浓度下降，氧在电极表面的电化学还原电流随之降低；该电流变化与葡萄糖浓度成正比。石墨烯提供高导电通道和大比表面积，壳聚糖增强酶吸附并维持生物相容微环境，从而放大酶催化响应并提高电子转移速率。
检测灵敏度
LOD: 0.02 mM；线性范围: 0.08–12 mM；灵敏度: 37.93 μA mM−1 cm−2；R = 0.9993
效应效果
该传感器在 0.08–12 mM 葡萄糖范围内线性良好（R=0.9993），灵敏度 37.93 μA mM−1 cm−2，检出限 0.02 mM，Kapp_m 为 4.4 mM。循环伏安响应 15 次循环无明显变化，4 ℃ 保存 1 周后阴极峰电流保持 95% 以上；5.0 mM 葡萄糖 6 次重复 RSD 为 5.3%。未报告干扰物选择性和实际样品回收率。其线性范围宽于 MWCNTs–壳聚糖（0–7.8 mM）和胶体金碳糊电极（0.08–0.28 mM），灵敏度高于 GOD–CNTs–壳聚糖/GC（7.36 μA mM−1 cm−2），接近 GOD–CNTs–PPF/Au（42 μA mM−1 cm−2）。作者认为适用于血糖检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE），经氧化铝抛光与清洗，作为工作电极和电子传导基底。
- 纳米材料修饰层：石墨烯（graphene，含羟基/羧基功能化）与壳聚糖（chitosan, CS）超声分散后滴涂干燥，形成石墨烯–壳聚糖纳米复合膜，提供导电网络、分散石墨烯并固定酶。
- 识别元件：葡萄糖氧化酶（glucose oxidase, GOD），吸附于石墨烯–壳聚糖膜上，催化葡萄糖氧化并通过 FAD 发生直接电子转移。
- 信号标记物：无外源标记物，GOD 自身 FAD 氧化还原中心作为电化学信号源。
- 电子供体/底物：葡萄糖（D-glucose）作为酶催化底物，反应中消耗溶解氧（O2）。
中文摘要
本研究考察了葡萄糖氧化酶（GOD）–石墨烯–壳聚糖纳米复合材料的直接电化学行为。固定化酶保持生物活性，呈现表面受限的可逆双质子双电子转移反应，具有良好稳定性、活性和快速异相电子转移速率，速率常数 ks 为 2.83 s−1。与裸玻璃碳表面相比，获得更高酶负载量（1.12×10−9 mol/cm2）。该 GOD–石墨烯–壳聚糖纳米复合膜可用于灵敏检测葡萄糖。与纳米结构载体相比，该生物传感器具有更宽线性范围 0.08–12 mM 葡萄糖，检出限 0.02 mM，灵敏度 37.93 μA mM−1 cm−2。优异性能归因于石墨烯的大比表面积和高导电性，以及壳聚糖的良好生物相容性，后者增强酶吸附并促进氧化还原酶与电极表面之间的直接电子转移。
英文摘要
Direct electrochemistry of a glucose oxidase (GOD)-graphene-chitosan nanocomposite was studied. The immobilized enzyme retains its bioactivity, exhibits a surface confined, reversible two-proton and two-electron transfer reaction, and has good stability, activity and a fast heterogeneous electron transfer rate with the rate constant (k(s)) of 2.83 s(-1). A much higher enzyme loading (1.12 x 10(-9)mol/cm(2)) is obtained as compared to the bare glass carbon surface. This GOD-graphene-chitosan nanocomposite film can be used for sensitive detection of glucose. The biosensor exhibits a wider linearity range from 0.08mM to 12mM glucose with a detection limit of 0.02mM and much higher sensitivity (37.93microAmM(-1)cm(-2)) as compared with other nanostructured supports. The excellent performance of the biosensor is attributed to large surface-to-volume ratio and high conductivity of graphene, and good biocompatibility of chitosan, which enhances the enzyme absorption and promotes direct electron transfer between redox enzymes and the surface of electrodes.