电化学生物传感器 2009

Synthesis of poly(o-anisidine)/H(2)SO(4) film for the development of glucose biosensor.

Applied biochemistry and biotechnology Savale PA, Shirsat MD
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组成图示

Synthesis of poly(o-anisidine)/H(2)SO... 传感器构成示意图

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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, Glc),样品基质:0.1 M 磷酸盐或醋酸盐缓冲液(pH 5.5)中的葡萄糖溶液

检测原理

该传感器为酶-导电聚合物安培型葡萄糖传感器。葡萄糖氧化酶(GOX)固定于聚邻茴香胺-硫酸(POA–H2SO4)导电膜上,在分子氧存在下催化葡萄糖氧化为葡萄糖酸并生成过氧化氢(H2O2)。生成的 H2O2 在 0.6 V 施加电位下于铂/POA–H2SO4 电极表面发生氧化:H2O2 → O2 + 2H+ + 2e−,产生阳极电流。POA–H2SO4 膜具有多孔结构和较高电导率,可促进酶与电极间的电子转移并提高固定稳定性。因此,稳态电流随葡萄糖浓度升高而增大;在 1–50 mM 范围内响应电流增加,1–5 mM 范围内呈线性。

检测灵敏度

线性范围: 1–5 mM;灵敏度: 6.92 μA/mM(磷酸盐缓冲液)、5.55 μA/mM(醋酸盐缓冲液)

效应效果

在 0.1 M 磷酸盐或醋酸盐缓冲液(pH 5.5)、0.6 V 下,电极对 1–50 mM 葡萄糖均产生安培响应,1–5 mM 范围内线性。磷酸盐缓冲液中灵敏度为 6.92 μA/mM,Imax 5.9 μA,Km 13 mM;醋酸盐缓冲液中灵敏度为 5.55 μA/mM,Imax 5.2 μA,Km 10 mM。磷酸盐体系响应更快,30 天稳定性测试中醋酸盐电流下降更明显,电极可稳定使用 3–4 周。原文未报告选择性、抗干扰、RSD、回收率及与 ELISA/HPLC/qPCR 的对比。作者认为该电极成本低、制备简单,适合安培法葡萄糖检测。

传感器的构成

  • 基底/换能器电极:铂(Pt)工作电极,20×5×0.25 mm,提供导电基底并作为电子转移界面;另设 Pt 对电极与 Ag/AgCl 参比电极组成三电极体系。
  • 导电聚合物修饰层:聚邻茴香胺-硫酸(POA–H2SO4)膜,由 0.2 M 邻茴香胺、1.0 M H2SO4、pH 1.0、2 mA/cm2 恒电流电聚合形成,提供多孔导电基质并促进电子转移。
  • 识别/催化元件:葡萄糖氧化酶(GOX,EC 1.1.3.4),催化葡萄糖氧化生成葡萄糖酸和 H2O2。
  • 交联固定剂:1% 戊二醛(glutaraldehyde),在磷酸盐或醋酸盐缓冲液中交联固定 GOX,提高酶稳定性。
  • 缓冲介质:0.1 M 磷酸盐或醋酸盐缓冲液(pH 5.5),维持酶活性与反应环境。
  • 信号读出:安培电流,在 0.6 V 下检测 H2O2 氧化产生的阳极电流。

中文摘要

本研究报道了聚邻茴香胺-硫酸-葡萄糖氧化酶(POA–H2SO4–GOx)电极的制备与性能。以铂电极为工作电极,在含 0.2 M 邻茴香胺和 1.0 M 硫酸、pH 1.0 的溶液中,采用恒电流法(2 mA/cm2)电聚合制备 POA–H2SO4 导电膜,并通过电化学、电导率、紫外-可见光谱、傅里叶变换红外光谱和扫描电镜进行表征。随后在磷酸盐或醋酸盐缓冲液中,利用 1% 戊二醛交联固定葡萄糖氧化酶(GOX),测定了固定酶的表观 Michaelis–Menten 常数。安培测量表明,该葡萄糖氧化酶电极在 pH 5.5、0.6 V 下电流响应最大;磷酸盐缓冲液中的响应速度优于醋酸盐缓冲液。

英文摘要

The poly(o-anisidine)-sulfuric acid-glucose oxidase (POA-H(2)SO(4)-GOx) electrode has been investigated in the present work. Platinum electrode was used for the synthesis of poly (o-anisidine)-sulfuric acid (POA-H(2)SO(4)) film using galvanostatic method with 0.2 M o-anisidine, 1.0 M H(2)SO(4) solution, 1.0 pH and 2 mA/cm(2) applied current density. The synthesized film was characterized using electrochemical technique, conductivity measurement, UV-visible spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, and scanning electron microscopy. GO(X) was immobilized on synthesized POA-H(2)SO(4) film by cross-linking via glutaraldehyde in phosphate and acetate buffer. The Michaelis-Menten constant (K(m')) was determined for the immobilized enzyme. The glucose oxidase electrode shows the maximum current response at pH 5.5 and potential 0.6 V. The sensitivity of POA-H(2)SO(4)-GO(X) electrode in phosphate and acetate buffer has been recorded. The results of this study reveal that the phosphate buffer gives fast response as compared to acetate buffer in amperometric measurements.

关键词

电化学生物传感器聚邻茴香胺葡萄糖氧化酶葡萄糖检测安培法戊二醛交联