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：0.1 M 磷酸盐缓冲液（PBS，pH 7）中的葡萄糖溶液
检测原理
传感器以 Pt 微电极为基底，SWCNT 沉积层提供三维多孔导电骨架。生物素通过电聚合聚吡咯-生物素膜或芘-生物素 π-堆积非共价修饰 SWCNT，随后亲和素（avidin）与生物素高亲和结合，再固定生物素化葡萄糖氧化酶（B-GOX）。检测时，葡萄糖在 B-GOX 催化下氧化为葡萄糖酸并生成 H2O2；H2O2 扩散至 Pt 电极表面，在 0.7 V 下发生氧化反应，产生与 H2O2 生成速率成正比的安培电流。SWCNT 的高比表面积和导电性增加酶负载量并扩展电化学换能区域；增加纳米管量和 avidin/B-GOX 层数可线性增加固定酶量。电聚合膜会限制 H2O2 渗透，而非共价芘-生物素修饰保持较高 H2O2 扩散，因此高酶层下电流密度更高。
检测灵敏度
灵敏度斜率: 3.3、5.2、1.3 mA M−1 cm−2（40、60、80 μL SWCNT + poly(pyrrole-biotin)）；0.35、0.56、0.77 mA M−1 cm−2（40、60、80 μL pyrene-biotin SWCNT）。
效应效果
两种构型固定酶量随 SWCNT 量和 avidin/B-GOX 层数线性增加，重现性好。裸电极无荧光，证实结合依赖 avidin-biotin 特异性。电聚合路线 60 μL SWCNT 灵敏度 5.2 mA M−1 cm−2，4 酶层 Jmax 55 mA cm−2；80 μL 时灵敏度 1.3 mA M−1 cm−2、Jmax 15 mA cm−2，Km 4.8 mmol L−1。芘-生物素非共价路线 H2O2 渗透性更好，80 μL 4 酶层 Jmax 53 mA cm−2，5 酶层 65 mA cm−2，超过电聚合路线。作者认为适用于临床诊断、环境监测和安全检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：铂微电极（Pt microelectrode，直径 5 mm），导电基底并在 0.7 V 下氧化 H2O2 产生安培信号。
- 纳米材料修饰层：单壁碳纳米管（SWCNTs）THF 分散液滴涂干燥沉积，形成三维多孔导电网络，增大酶负载量并传导电子。
- 生物素修饰层（电聚合路线）：吡咯-生物素（pyrrole-biotin）在 SWCNT 上电聚合为聚吡咯-生物素膜（poly(pyrrole-biotin)），提供高密度生物素锚定位点。
- 生物素修饰层（π-堆积路线）：芘-生物丁酯（pyrenebutanol biotin ester, pyrene-biotin）通过 π-堆积非共价吸附于 SWCNT 侧壁，提供生物素位点并保持较高 H2O2 渗透性。
- 桥接蛋白层：亲和素（avidin）与生物素特异性结合，形成 avidin-biotin 桥接，用于定向固定 B-GOX。
- 识别/催化元件：生物素化葡萄糖氧化酶（biotinylated glucose oxidase, B-GOX），催化葡萄糖氧化生成 H2O2。
- 信号产物/换能介质：过氧化氢（H2O2），在 Pt 电极表面氧化产生与葡萄糖浓度相关的电流。
- 缓冲介质：0.1 M 磷酸盐缓冲液（PBS，pH 7），维持酶活性并提供离子导电环境。
中文摘要
本文报道了通过电聚合吡咯-生物素或芘-生物素 π-堆积非共价修饰单壁碳纳米管（SWCNTs）构建葡萄糖生物传感器。利用亲和素-生物素高亲和作用，将生物素化葡萄糖氧化酶（B-GOX）固定于生物素化纳米管表面。通过改变 SWCNT 沉积量和亲和素/B-GOX 层数，研究两种构型的安培性能。结果表明，固定酶量随纳米管量和酶层数线性增加，体系重现性好。电聚合修饰的纳米管沉积层获得最高灵敏度 5.2 mA M−1 cm−2 和最大电流密度 55 mA cm−2；非共价生物素化纳米管对酶产生 H2O2 的渗透性更好，适合构建高酶负载的三维生物传感器。
英文摘要
Single-walled carbon nanotubes were functionalized with biotin using either electropolymerization or formation of pi-stacking interactions for the construction of biosensors. Thanks to the high affinity of the avidin-biotin interactions, a biotinylated glucose oxidase (B-GOX) as a biomolecule model was immobilized on the biotinylated nanotubes. The influence of the biosensor configuration on their amperometric performances was investigated by changing the amount of nanotubes and the numbers of avidin/B-GOX layers. By increasing the amount of nanotube and avidin/B-GOX layers, both sensor setups show a perfect linear increase of immobilized enzymes reflecting a high reproducibility of our systems. The highest sensitivities (up to 5.2 mA M(-1) cm(-2)) and maximum current densities (up to 55 microA cm(-2)) were obtained using nanotube deposits modified by electrochemical coatings. In contrast, non-covalently functionalized biotin-nanotubes show a better permeability for the enzymatically generated hydrogen peroxide.