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）；样品基质：血液/实际样品（含对乙酰氨基酚、抗坏血酸、尿酸等干扰物）
检测原理
葡萄糖扩散进入 TEOS 溶胶–凝胶多孔基质后，被封装的葡萄糖氧化酶（GOx）催化氧化，生成葡萄糖内酯和过氧化氢。为避免直接在高电位氧化 H2O2 带来的干扰，体系采用可溶性氧化还原介体羟甲基环戊二烯铁（HMF）在低电位传递电子。GOx 催化反应产生的电子经 HMF 传递至石墨导电网络，并在 +0.25 V（vs Ag/AgCl）下产生阳极催化电流。金纳米颗粒（AuNPs）提高电极电子转移速率和有效电活性面积，石墨粉提供连续导电通路，溶胶–凝胶基质保持酶活性并允许底物扩散。因此，催化电流随葡萄糖浓度增加而增大，实现葡萄糖的电化学定量检测。
检测灵敏度
LOD: 1.3 mM (TEOS/GOx/AuNPs/C)；1.9 mM (TEOS/GOx/C)；线性范围: 0.5–55 mM (TEOS/GOx/AuNPs/C)；1–20 mM (TEOS/GOx/C)；灵敏度: 2.43 μA mM−1 (TEOS/GOx/AuNPs/C)；1.73 μA mM−1 (TEOS/GOx/C)
效应效果
TEOS/GOx/AuNPs/C 传感器在 5 mM 葡萄糖测定中 RSD 为 0.5%（n=8），TEOS/GOx/C 为 1.1%。抗干扰测试显示，0.1 mM 对乙酰氨基酚影响可忽略，0.1 mM 抗坏血酸和 0.2 mM 尿酸分别使催化电流增加 6% 和 7%。传感器在 4 ℃ 保存 30 天后，10 mM 葡萄糖响应损失约 50%；温度、pH 和电解质浓度变化对其响应影响不显著。与文献中多种溶胶–凝胶葡萄糖传感器相比，其灵敏度、线性范围和准确度具有竞争力。作者认为 AuNPs 的引入提高了分析响应，该传感器可用于血糖监测。
传感器的构成
- 基底/电极体：玻璃管（glass body）与铜线（Cu wire）/银漆（silver tincture），提供机械支撑与电接触
- 导电/换能层：光谱级石墨粉（graphite powder, C），提供电子传导通路
- 纳米材料修饰层：金纳米颗粒（AuNPs, 20 nm），增强电子传递与电催化响应
- 识别元件：葡萄糖氧化酶（GOx），催化葡萄糖氧化
- 封装/固定层：四乙氧基硅烷溶胶-凝胶硅基质（TEOS sol–gel SiO2 matrix），物理包埋 GOx、AuNPs 和 C，保持酶活性
- 信号介体：羟甲基环戊二烯铁（HMF, hydroxymethylferrocene），可溶性氧化还原介体，在低电位传递电子
中文摘要
本文报道了一种用于葡萄糖电化学检测的新型有机–无机杂化复合生物传感器材料。该材料以四乙氧基硅烷（TEOS）为前驱体，通过溶胶–凝胶技术构建三维硅基质，并将金纳米颗粒（AuNPs）、葡萄糖氧化酶（GOx）和光谱级石墨粉（C）共同封装其中。石墨粉提供导电通路，AuNPs 增强电子传递与电催化响应，GOx 作为识别元件催化葡萄糖氧化。作者采用扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）对复合材料的形貌、孔隙和均一性进行表征。在羟甲基环戊二烯铁（HMF）作为可溶性氧化还原介体存在下，该传感器在 +0.25 V（vs Ag/AgCl）下对葡萄糖表现出明显电催化电流。与不含 AuNPs 的 TEOS/GOx/C 材料相比，TEOS/GOx/AuNPs/C 传感器具有更宽线性范围、更高灵敏度和更好准确度，可用于血糖监测。
英文摘要
The design and characterization of a new organic-inorganic hybrid composite material for glucose electrochemical sensing are described. This material is based on the entrapment of both gold nanoparticles (AuNPs) and glucose oxidase, which was chosen as a model, into a sol-gel matrix. The addition of spectroscopic grade graphite to this system, which confers conductivity, leads to the development of a material particularly attractive for electrochemical biosensor fabrication. The characterization of the hybrid composite material was performed using atomic force microscopy and scanning electron microscopy techniques. This composite material was applied to the determination of glucose in presence of hydroxymethylferrocene as a redox mediator. The system exhibits a clear electrocatalytic activity towards glucose, allowing its determination at 250 mV vs Ag/AgCl. The performance of the resulting enzyme biosensor was evaluated in terms of sensitivity, detection limit, linear response range, stability and accuracy. Finally, the enhancement of the analytical response of the resulting biosensor induced by the presence of gold nanoparticles was evaluated by comparison with a similar organic-inorganic hybrid composite material without AuNPs.