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：50 mM Tris-HCl（pH 7.2）含 50 mM KCl 缓冲液，SPR 固定实验用 0.1 M PBS（pH 6.8）
检测原理
该传感器以 GOx 为生物催化识别元件，Fc-D 中的二茂铁（Fc）为可逆电子介体。葡萄糖被 GOx 催化氧化，FAD 还原为 FADH2；Fc+ 接受 FADH2 电子使 FAD 再生，自身还原为 Fc。在 0.4 V（vs SCE）下，电极将 Fc 氧化为 Fc+，产生与葡萄糖浓度相关的安培电流。葡萄糖浓度升高时，FADH2 生成增加，Fc/Fc+ 稳态比例改变，电流在 0.7–15 mM 内线性增大，>30 mM 趋于饱和。SPR 信号源于 Fc/Fc+ 比例变化引起的离子迁移、电荷中性调整和折射率/膜厚可逆变化。体系无额外核酸或酶沉积放大，主要依赖酶催化周转与介体循环；长烷基链 Fc-D(2) 电子耦合更好，信号更高。
检测灵敏度
线性范围: 0.7–15 mM；饱和电流密度: 187.5 μA cm−2
效应效果
作者比较短链 Fc-D(1) 与长链 Fc-D(2)：Fc-D(2) 安培响应高约 3.8 倍，SPR 信号高约 3.6 倍，说明长烷基链改善电子耦合。树状大分子层使 GOx 固定量较 AUT SAM 提高约 3 倍，GOx 表面覆盖约 13.5×10−12 mol cm−2，AUT SAM 约 4.5×10−12 mol cm−2；Fc 覆盖为 6.0×10−10 和 6.6×10−10 mol cm−2，kET 为 89 s−1 和 51 s−1。由饱和电流估算电子周转速率约 143.9 electrons s−1。稳定性方面，一周内活性损失 <10%，室温连续运行 12 h 下降约 5%。作者认为该界面可用于开发稳定、可纳米化的安培型氧化还原酶传感器。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃支撑金基底（Au on glass，50 nm Au、1.5 nm Ti 粘附层），作为 SPR 工作电极与电子换能器
- 自组装单分子层：11-巯基十一烷酸（MUA）在金表面形成 SAM，提供羧基锚定层
- 活化交联层：EDC（1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺）活化 MUA 羧基，与 Fc-D 氨基共价连接
- 纳米材料修饰层：第四代聚酰胺胺树状大分子连接二茂铁的 Fc-D(1)/Fc-D(2)（G4 PAMAM-Fc），作为电子介体与三维支架
- 识别/生物催化元件：高碘酸氧化葡萄糖氧化酶（periodate-oxidized GOx），通过席夫碱与树状大分子氨基共价固定，催化葡萄糖氧化
- 信号标记/电子介体：二茂铁/二茂铁阳离子（Fc/Fc+）可逆氧化还原，传递 GOx 催化产生的电子
- 读出层：三电极电化学体系（Au 工作电极、Pt 辅助电极、Ag 准参比电极）与 Kretschmann 型 SPR 光谱仪（670 nm LED）
中文摘要
本文报道了将二茂铁连接树状大分子（Fc-D）用作自组装单分子层（SAM）修饰金表面支持的电极修饰剂。Fc-D 预处理使葡萄糖氧化酶（GOx）能够共价固定于电极表面，所形成的集成杂化体系在酶氧化还原中心与电极之间建立电接触，从而提高葡萄糖的整体生物电催化氧化效率。作者采用循环伏安法结合表面等离子共振（SPR）技术，研究二茂铁连接树状大分子在氧化还原过程中的取向变化，以及取决于二茂铁连接基烷基链长度的酶最佳电连接方式。底物量可控制膜中 Fc/Fc+ 的稳态浓度比，因此酶集成氧化还原膜的折射率可逆变化可调控 SPR 谱。该方法通过设计新型纳米结构材料控制生物传感性能，展示了开发稳定安培型氧化还原酶传感器的新途径。
英文摘要
In this paper we report the use of ferrocenyl-tethered dendrimer (Fc-D) as an electrode modifier supported by a self-assembled monolayer coated gold surface. The pretreatment of electrodes with Fc-D allows the covalent immobilization of glucose oxidase. The resulting integrated hybrid system provides electrical contact between the redox center of the enzyme and the electrode, and improves the overall bioelectrocatalyzed oxidation of glucose. Cyclic voltammetry combined with surface plasmon resonance (SPR) is used to investigate the redox-induced orientation changes of ferrocene-tethered dendrimers and the optimal electrical wiring of the enzyme, depending on the length of the alkyl chain of the ferrocene-tethered groups. The amount of substrate controls the steady-state concentration ratio of Fc/Fc(+) in the film composition. Therefore, the SPR spectrum of the film is controlled by the reversible change in the refractive index of the enzyme-integrated redox film. The proposed method demonstrates a new procedure for developing a stable amperometric redox enzyme-based sensor by designing a new nanostructured material that control the biosensing performance.