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（H2O2）；样品基质：磷酸盐缓冲液（PBS）、成人及儿童尿液
检测原理
该传感器基于血红蛋白（Hb）的直接电化学与电催化还原过氧化氢（H2O2）。Hb 通过层层自组装负载于 FDU-15-Pt/PDDA 介孔膜中，Nafion 固定后仍保持天然构象。在 −0.30 V（vs. SCE）下，H2O2 扩散进入膜内，被血红素 FeIII 催化还原；Hb 的 FeIII/FeII 氧化还原中心与玻璃碳电极（GCE）之间发生直接电子转移，FDU-15 介孔通道和 Pt 纳米颗粒（PtNPs）降低界面电子转移阻力，使催化电流随 H2O2 浓度增加而增大。低浓度区呈线性响应，高浓度区趋于饱和，符合 Michaelis–Menten 动力学。
检测灵敏度
LOD: 1.0×10−6 M (S/N=3)；线性范围: 2.0×10−6 M–6.0×10−2 M；分段线性: 2.0×10−6 M–1.0×10−4 M，R^2=0.9977，斜率=16.06 nA·mM−1；1.0×10−4 M–6.0×10−2 M，R^2=0.9996，斜率=2.19 nA·mM−1
效应效果
该传感器响应快，加入 H2O2 后 5 s 内达到稳态电流的 95%。长期稳定性良好，4 °C 干燥保存 20 d，对 80 µM H2O2 的电流响应 RSD 约 4.0%；6 个独立制备电极对 80 µM H2O2 的 RSD 为 4.3%。实际尿液加标回收率：成人 99.0%–102.3%，儿童 98.3%–101.8%。与 CTAB 单分子层、AuNPs–C@SiO2 等 Hb 传感器相比，线性范围更宽；LOD 低于部分报道，低浓度 Km app 为 0.15 mM，小于 0.37、1.02 和 2.87 mM，表明较高亲和力和催化活性。作者认为其可用于第三代直接电化学酶/血红素蛋白生物传感器。
传感器的构成
- 基底电极：玻璃碳电极（GCE），提供电子转移动态基底
- 前驱修饰层：聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDDA），带正电，用于层层自组装吸附 FDU-15-Pt
- 介孔导电载体层：FDU-15-Pt 介孔材料（含 Pt 纳米颗粒，PtNPs），提供有序介孔结构并促进电子转移
- 生物识别/催化元件：血红蛋白（Hb），血红素 FeIII/FeII 氧化还原中心，直接催化 H2O2 还原
- 固定封闭层：Nafion，稳定固定 Hb/FDU-15-Pt/PDDA 膜并维持 Hb 生物活性
中文摘要
本文采用层层自组装技术构建了 Nafion/血红蛋白（Hb）/FDU-15-Pt/PDDA 复合膜修饰电极。通过透射电子显微镜（TEM）和 X 射线衍射（XRD）对 FDU-15-Pt 介孔材料进行合成与表征，并利用电化学阻抗谱（EIS）、循环伏安法（CV）和紫外-可见光谱（UV–vis）验证复合膜结构。结果表明，复合膜中 Hb 的血红素 FeIII/FeII 氧化还原对呈现稳定、清晰的可逆峰，形式电位为 −0.324 V（vs. SCE）。在优化条件下，该修饰电极对过氧化氢（H2O2）的还原表现出良好电催化活性，在 2.0×10−6 M 至 6.0×10−2 M 范围内具有线性电流响应，检出限为 1.0×10−6 M（S/N=3）。低浓度范围内表观 Michaelis–Menten 常数为 0.15 mM，表观异相电子转移速率常数为 1.05±0.03 s−1。该传感器具有灵敏度高、重现性好、稳定性优异和线性范围宽等优点，有望用于第三代生物传感器的制备。
英文摘要
In this paper, the composite films of Nafion/Hb/FDU-Pt-15/PDDA were constructed by layer-by-layer assembly technique. The FDU-15-Pt mesoporous materials were synthesized and characterized by transmission electron microscopy (TEM) and X-ray diffraction (XRD). The resulting films were verified by electrochemical impedance spectroscopy (EIS), cyclic voltammetry and UV-vis spectroscopy. The direct electrochemical and electrocatalytic properties of hemoglobin (Hb) in the Nafion/Hb/FDU-15-Pt/PDDA films were also investigated. A pair of stable and well-defined reversible redox peaks was observed and the formal potential of Hb Fe(III)/Fe(II) redox couple was found to be -0.324 V (vs. SCE). Based on a series of optimized conditions, the films modified electrode displayed a good electrocatalytic activity to the reduction of hydrogen peroxide (H2O2), which had linear current response from 2.0 x 10(-6) M to 6.0 x 10(-2) M with the detection limit of 1.0 x 10(-6) M (S/N=3). The apparent Michaelis-Menten constant (K(m)(app)) was determined to be 0.15 mM in the range of lower concentration of H2O2. The apparent heterogeneous electron transfer rate constant (k(s)) was 1.05 +/- 0.03 s(-1). The good sensitivity, reproducibility, excellent stability and wide linear range make Nafion/Hb/FDU-15-Pt/PDDA a promising application of the preparation of third-generation biosensor.