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 M磷酸盐缓冲液（PBS, pH 7.0）水溶液
检测原理
该传感器基于过氧化氢酶（Ct）的直接电化学与酶促催化。NH2-MWCNTs在玻璃碳电极上形成导电网络，[BMIM]BF4离子液体层通过静电、π-π和疏水作用与NH2-MWCNTs及Ct相互作用，形成有利于酶保持活性的微环境，并缩短血红素Fe中心与电极之间的距离。Ct固定后，其血红素Fe(II)/Fe(III)可在电极表面发生准可逆直接电子转移。当H2O2存在时，Ct催化H2O2还原，使酶促还原电流增大；在−550 mV下安培检测，稳态电流随H2O2浓度增加而线性上升。该体系未使用外源标记或信号放大，灵敏度主要来自纳米复合膜促进电子转移和酶的高亲和性。
检测灵敏度
LOD: 3.7 nM (S/N = 3)；线性范围: 8.6–140 nM；灵敏度: 4.9 nA/nM；线性方程: I(nA)=0.0049C(nM)+1.4299；R = 0.9991
效应效果
该传感器在优化条件下对H2O2具有较高灵敏度，8.6 nM连续三次测量RSD为3.3%。稳定性方面，100 mV/s下循环90次后峰高保留约93%，峰电位不变；PBS 4°C保存两周CV无明显变化。酶促动力学Kapm为118 nM，Imax为3.9 µA，明显低于Ct/SWNT-CHI（11.8 mM）、Ct/MWCNT（1.7 mM）、Ct/金电极（50 µM）和Ct/NiO（0.96 mM）等报道值，表明固定化Ct与H2O2亲和性高。与Ct/SWNT-CHI（LOD 2.5 µM）、Ct/NiO（10 µM）、Ct/MWCNT（1 µM）相比，本传感器LOD 3.7 nM和灵敏度更高。文中未报告选择性、抗干扰及实际样品加标回收率。
传感器的构成
- 基底电极：玻璃碳电极（GC, 3 mm），经抛光清洗，作为电子转能基底
- 纳米修饰层：胺基功能化多壁碳纳米管（NH2-MWCNTs），滴涂成膜，提供导电网络与氨基结合位点
- 离子液体修饰层：1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[BMIM]BF4, RTIL），吸附于NH2-MWCNTs表面，形成离子微环境并促进电子转移
- 识别元件：过氧化氢酶（catalase, Ct, 牛肝来源，10 mg/mL PBS pH 7.0），固定于RTIL/NH2-MWCNTs膜上，催化H2O2还原
- 信号中心：Ct血红素辅基Fe(II)/Fe(III)氧化还原对，作为无标记电活性信号源
中文摘要
制备了由胺基功能化多壁碳纳米管（NH2-MWCNTs）和室温离子液体（1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，[BMIM]BF4）组成的纳米复合材料，用于构建新型过氧化氢酶（Ct）生物传感器以检测过氧化氢。修饰电极在0.1 M磷酸盐缓冲液（pH 7.0）中呈现对应于Ct血红素辅基Fe(II)/Fe(III)氧化还原对的准可逆循环伏安峰，形式电位为−460 mV。该纳米复合膜显著促进了Ct与底层电极之间的直接电子转移。电极表面与酶之间的表观电荷转移速率常数和电子转移系数分别计算为2.23 s−1和0.45。固定化Ct对过氧化氢表现出较高灵敏度（4.9 nA/nM）。在优化条件下，过氧化氢检测范围为8.6–140 nM，信噪比S/N=3时检出限为3.7 nM。修饰电极稳定保存两周，循环伏安图无明显变化。
英文摘要
A nano-composite material consisting of amine functionalized multi-walled carbon nanotubes and a room temperature ionic-liquid (1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate) was prepared and used to construct a novel catalase (Ct) based biosensor for the determination of hydrogen peroxide. The modified electrode exhibited a quasi-reversible cyclic voltammogram corresponding to the Fe(II)/Fe(III) redox couple in the heme prosthetic group of Ct with a formal potential of -460 mV in 0.1M phosphate buffer solution at pH 7.0. The nano-composite film showed an obvious promotion of the direct electron transfer between Ct and the underlying electrode. The apparent charge transfer rate constant and transfer coefficient for electron transfer between the electrode surface and enzyme were calculated as 2.23s(-1) and 0.45, respectively. The immobilized Ct exhibited a relatively high sensitivity (4.9 nA/nM) toward hydrogen peroxide. Under the optimized experimental conditions, hydrogen peroxide was detected in the concentration range from 8.6 to 140 nM with a detection limit of 3.7 nM at S/N=3. The modified electrode was stable for two weeks with no observable change in the cyclic voltammograms.