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：PBS 缓冲液及食品样品（加标回收）
检测原理
HRP 固定于 ZrO2–CS–AuNPs 杂化膜中，AuNPs 作为电子导线，pPA–FCu 提供介导电子传递与催化微环境。H2O2 扩散至电极表面后，被 HRP 催化还原：H2O2 + HRP(red) → HRP(ox) + H2O。氧化态 HRP 被 pPA–FCu(I) 还原再生，pPA–FCu(II) 在电极表面获得电子再生为 pPA–FCu(I)，形成电子传递链。在 −300 mV 下，H2O2 浓度升高使阴极电流增大，响应受 H2O2 扩散控制，稳态电流与浓度呈线性关系。
检测灵敏度
LOD: 3.2 × 10−7 mol L−1 (S/N = 3)；线性范围: 7.80 × 10−7–3.7 × 10−3 mol L−1；灵敏度斜率: -11.10 μA/mM；R^2 = 0.9990
效应效果
传感器在 −300 mV 下对 0.39 mM H2O2 响应快，10 s 内达稳态电流 95%。对 2 倍浓度的抗坏血酸、乙醇、L-苏氨酸、L-色氨酸、L-精氨酸、L-半胱氨酸无显著干扰，电流比 98.5%–104.3%。六个独立电极重现性 RSD 为 6.8%；4 ℃ 保存 1 个月后保留 92% 初始响应。食品样品加标回收率为 95.1%–111.2%。表观 KM 为 0.32 mM，表明酶活性保持良好，适合实际样品分析。
传感器的构成
- 基底电极：金电极（Au electrode），作为工作电极与电子换能基底
- 纳米结构修饰层：花状聚合物–铜纳米结构复合（pPA–FCu），由2,6-联吡啶胺（PA）聚合物与铜（Cu）共电沉积形成，提供电子传递与H2O2催化
- 有机–无机杂化膜：氧化锆–壳聚糖溶胶–凝胶（ZrO2–CS），固定酶并提供生物相容微环境
- 导电纳米颗粒：金纳米颗粒（AuNPs），作为电子导线促进电子传递
- 识别/催化元件：辣根过氧化物酶（HRP），催化H2O2还原并产生电流响应
中文摘要
本研究构建了一种新型安培型过氧化氢生物传感器。将辣根过氧化物酶（HRP）包埋于由氧化锆–壳聚糖溶胶–凝胶和金纳米颗粒（AuNPs）组成的有机–无机杂化材料（ZrO2–CS–AuNPs）中，并利用硫酸铜与2,6-联吡啶胺共电沉积制备的花状聚合物–铜纳米结构复合（pPA–FCu）增强传感器灵敏度。采用紫外–可见吸收光谱、扫描电子显微镜、循环伏安法、计时电流法和电化学阻抗谱表征组装过程与性能。结果表明，pPA–FCu 具有优异的氧化还原电活性和对过氧化氢的良好催化效率；ZrO2–CS–AuNPs 成膜性好、稳定性高，并能较好保持固定酶的活性。优化条件下，传感器对 H2O2 的线性范围为 7.80×10−7–3.7×10−3 mol/L，检出限为 3.2×10−7 mol/L（S/N=3），表观 Michaelis–Menten 常数为 0.32 mM。该传感器分析性能良好、稳定性可接受、选择性较好，具有实际应用潜力。
英文摘要
A new type of amperometric hydrogen peroxide biosensor was fabricated by entrapping horseradish peroxidase (HRP) in the organic-inorganic hybrid material composed of zirconia-chitosan sol-gel and Au nanoparticles (ZrO2-CS-AuNPs). The sensitivity of the biosensor was enhanced by a flowerlike polymer-copper nanostructure composite (pPA-FCu) which was prepared from co-electrodeposition of CuSO4 solution and 2,6-pyridinediamine solution. Several techniques, including UV-vis absorption spectroscopy, scanning electron microscopy, cyclic voltammetry, chronoamperometry and electrochemical impedance spectroscopy were employed to characterize the assembly process and performance of the biosensor. The results showed that this pPA-FCu nanostructure not only had excellent redox electrochemical activity, but also had good catalytic efficiency for hydrogen peroxide. Also the ZrO2-CS-AuNPs had good film forming ability, high stability and good retention of bioactivity of the immobilized enzyme. The resulting biosensors showed a linear range from 7.80 x 10(-7) to 3.7 x 10(-3) mol L(-1), with a detection limit of 3.2 x 10(-7) mol L(-1) (S/N=3) under optimized experimental conditions. The apparent Michaelis-Menten constant was determined to be 0.32 mM, showing good affinity. In addition, the biosensor which exhibits good analytical performance, acceptable stability and good selectivity, has potential for practical applications.