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：0.1 mol L−1 PBS（pH 7.0）缓冲溶液
检测原理
该传感器基于HRP在Nafion/[bmim]PF6/琼脂糖复合膜中的直接电化学。HRP的血红素Fe中心被固定在琼脂糖-DMF水凝胶中，UV-vis和FT-IR表明其二级结构基本保持；[bmim]PF6提供高导电通道，Nafion提供离子导电和界面保护，三者协同降低HRP与GCE之间的电子转移阻力。检测时，H2O2扩散进入复合膜并与HRP活性中心作用，HRP催化H2O2还原，电子由电极经HRP血红素中心传递，产生增强的还原电流。H2O2浓度升高时催化电流线性增加，高浓度时因酶促反应饱和出现平台。该过程无需外加电子媒介物，表观Michaelis-Menten常数Km为233 μmol L−1，表明对H2O2具有较高亲和力和催化效率。
检测灵敏度
LOD: 1.2 × 10−7 M (based on the S/N = 3)；线性范围: 2 × 10−6 to 1.6 × 10−4 M；i = 3.2479 + 5.8594c (R = 0.9993, i in μA, c in mol L−1)；灵敏度斜率: 5.8594 μA M−1；表1: Linear range 2–140 μM, Limit of detection 0.12 μM；Km: 233 μmol L−1
效应效果
在优化条件下，传感器在0.1 mol L−1 PBS（pH 7.0）中对H2O2表现出良好电化学催化响应，应用电位约−0.35 V。连续循环扫描（−1.0至0.4 V，100 mV s−1）时电流稳定；在PBS中保存约2周后仍保留>96%初始电流。10个独立制备电极在1×10−5 mol L−1 H2O2下的电流RSD为4.62%，同一传感器连续测定10次的RSD为3.6%。与文献中HRP/AuNPs、HRP/ZnO/GNPs、HRP/MWNT等体系相比，本文传感器检出限较低，线性范围合理。作者认为该方法经济、高效，可作为第三代无媒介物电化学生物传感器用于H2O2检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE，直径3 mm），经抛光和清洗，作为电子转导基底
- 离子交换膜层：Nafion（全氟磺酸离子交换树脂，1%乙醇溶液），涂覆于GCE表面，提供阳离子预富集、保护电极和离子导电界面
- 室温离子液体层：1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（[bmim]PF6，2%乙醇溶液），涂覆于Nafion层上，利用高导电性和宽电化学窗口促进HRP直接电子转移
- 琼脂糖-DMF水凝胶层：琼脂糖（agarose）与N,N-二甲基甲酰胺（DMF）按体积比4:1混合并成膜，提供生物相容微环境、固定HRP并维持其天然构象
- 识别/催化元件：辣根过氧化物酶（HRP，1 mg mL−1），负载于复合膜表面，作为血红素酶识别并催化H2O2还原，实现无媒介物直接电子转移
中文摘要
本文报道了一种基于Nafion、琼脂糖水凝胶和疏水室温离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（[bmim]PF6）复合膜修饰玻碳电极（GCE）的电化学生物传感器构建策略，用于辣根过氧化物酶（HRP）的直接电化学研究。[bmim]PF6具有良好的导电性和宽电化学窗口，琼脂糖能较好保持酶的生物活性，复合膜兼具两者优势。通过电化学阻抗谱（EIS）、紫外-可见光谱（UV-vis）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和循环伏安法（CV）表征，表明复合膜可在GCE表面有效构建，并显著增强HRP与电极间的电子转移。作者详细考察了影响传感器性能的因素。该传感器对过氧化氢（H2O2）在2×10−6至1.6×10−4 mol L−1范围内呈线性响应，检出限为1.2×10−7 mol L−1（S/N=3），具有较高灵敏度、良好准确性和经济性。
英文摘要
A new strategy to construct electrochemical biosensor for direct electrochemistry of horseradish peroxidase (HRP) on glassy carbon electrode (GCE) based on Nafion, agarose hydrogel and hydrophobic room-temperature ionic liquid (RTIL) 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate ([bmim]PF(6)) composite as sensing platform has been described. [bmim]PF(6) has good conductivity and wide electrochemical windows and agarose can maintain biological activity well. Nafion/[bmim]PF(6)/agarose composite combines the advantages of [bmim]PF(6) and agarose. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS), ultraviolet visible spectroscopy (UV-vis), fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy and cyclic voltammetry (CV) were used to characterize the composite film, showing that the composite film could be effectively constructed on the GCE surface and greatly enhance the electron transfer between HRP and electrode. The factors influencing the performance of the resulting biosensor were studied in detail. The biosensor responded to H(2)O(2) in the linear range from 2x10(-6) to 1.6x10(-4)M with a detection limit of 1.2x10(-7)M (based on the S/N=3). The studied biosensor exhibited good accuracy and high sensitivity. Moreover, the proposed method was economical and efficient.