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
乙醇（Ethanol, EtOH）；样品基质：空气饱和 0.2 M pH 7.0 PBS 缓冲液（文中提及可应用于血液、呼气和发酵饮料质量控制）
检测原理
乙醇生物传感器基于醇氧化酶（AOD）催化乙醇氧化反应。AOD 以溶解氧（O2）为共底物，催化乙醇氧化生成乙醛和过氧化氢，同时其辅因子 FAD 被还原为 FADH2 后再被 O2 再氧化。AOD 被固定于聚硫堇–碳纳米纤维（CNF）膜中，CNF 对溶解氧具有电催化还原活性。在 −0.4 V 安培电位下，CNF 将 O2 还原并产生还原电流；当乙醇加入后，AOD 消耗 O2，使界面附近 O2 浓度降低，氧还原电流随之下降。电流下降幅度与乙醇浓度呈线性关系，从而实现乙醇的定量检测。
检测灵敏度
LOD: 1.7 μM；线性范围: 2.0–252 μM；斜率: 4.1 nA/μM；相关系数: 0.999
效应效果
该传感器响应迅速，加入乙醇后 5 s 内达到稳态。批内变异系数在 8.0 μM 和 80 μM 乙醇下分别为 5.9% 和 5.0%；5 个独立制备传感器对 100 μM 乙醇的电流信号相对标准偏差为 8.2%，表明制备重现性良好。电极在 4 °C、0.2 M pH 7.0 PBS 中保存 4 周后仍保留 96% 初始响应，稳定性良好。其检出限 1.7 μM 明显低于文献中 AOD 固定于电沉积 resydrol 膜的 6.26 mM；灵敏度 4.1 nA/μM 比文献三酶生物传感器的 0.6 nA/μM 高 6.8 倍。作者认为该传感器可用于发酵过程质量控制以及呼气和血液中乙醇的临床分析。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE），经氧化铝抛光和清洗，作为工作电极
- 纳米材料修饰层：碳纳米纤维（CNF）与硫堇（Thionine）通过 π–π 和疏水作用形成纳米复合，经预阳极化和循环伏安电聚合生成聚硫堇–CNF 膜，提供导电通道和溶解氧电催化活性
- 识别元件：醇氧化酶（AOD，Hansenula polymorpha），催化乙醇氧化并消耗溶解氧
- 信号介质：溶解氧（O2），作为 AOD 反应的共底物，其电催化还原电流随乙醇浓度变化
- 缓冲介质：0.2 M pH 7.0 磷酸盐缓冲盐水（PBS），维持酶活性和电化学环境
- 检测读出：CHI 660 电化学分析仪，三电极体系，在 −0.4 V 下记录安培电流
中文摘要
硫堇（Thionine）与碳纳米纤维（CNF）之间存在强相互作用，可用于 CNF 的非共价功能化，从而制备分散性良好的硫堇–CNF 纳米复合材料。通过一步电化学聚合硫堇–CNF 纳米复合材料与醇氧化酶（AOD），在电极表面形成稳定的聚硫堇–CNF/AOD 生物复合膜。该生物复合膜对溶解氧的还原具有优异的电催化活性，据此构建了一种灵敏的乙醇生物传感器。该传感器可在 2.0–252 μM 范围内监测乙醇，检出限为 1.7 μM，并表现出快速响应、较宽的线性响应范围以及良好的重现性和稳定性。CNF 的催化活性与生物复合膜的优势相结合，并采用一步非手工技术，有利于乙醇的灵敏测定并提升分析性能。
英文摘要
Thionine had strong interaction with carbon nanofiber (CNF) and was used in the non-covalent functionalization of carbon nanofiber for the preparation of stable thionine-CNF nanocomposite with good dispersion. With a simple one-step electrochemical polymerization of thionine-CNF nanocomposite and alcohol oxidase (AOD), a stable poly(thionine)-CNF/AOD biocomposite film was formed on electrode surface. Based on the excellent catalytic activity of the biocomposite film toward reduction of dissolved oxygen, a sensitive ethanol biosensor was proposed. The ethanol biosensor could monitor ethanol ranging from 2.0 to 252 microM with a detection limit of 1.7 microM. It displayed a rapid response, an expanded linear response range as well as excellent reproducibility and stability. The combination of catalytic activity of CNF and the promising feature of the biocomposite with one-step non-manual technique favored the sensitive determination of ethanol with improved analytical capabilities.