组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
三氯乙酸（trichloroacetic acid, TCA）；样品基质：pH 7.0 磷酸盐缓冲溶液（PBS）
检测原理
Nafion/Hb/Au/CILE中，Hb在Nafion膜内保持天然构象，其血红素Fe(III)/Fe(II)中心与Au/CILE界面发生直接电子转移，循环伏安出现准可逆氧化还原峰。加入TCA后，TCA扩散穿过Nafion膜到达Hb活性中心，被Hb催化还原；Hb再经Au NPs和离子液体导电网络与电极交换电子，形成电催化还原峰。TCA浓度增加时，催化还原速率增加，还原峰电流增大，在0.2–18.0 mmol/L范围内线性；超过20.0 mmol/L后趋于饱和，符合Michaelis-Menten动力学。信号以循环伏安还原峰电流读出。
检测灵敏度
LOD: 0.16 mmol/L (S/N = 3)；线性范围: 0.2–18.0 mmol/L；回归方程: Ip(μA) = 0.533 C (mmol/L) + 2.442；r = 0.990
效应效果
该修饰电极对TCA还原表现出良好电催化性能，线性范围0.2–18.0 mmol/L，LOD 0.16 mmol/L，低于部分已有报道；当TCA浓度超过20.0 mmol/L时还原峰电流趋于饱和，表观Michaelis-Menten常数KMapp为0.499 mmol/L，表明固定化Hb对底物具有较高亲和力。稳定性方面，4℃保存两周后保留初始电流信号的97.3%，四周后保留95.0%。重现性方面，7个独立制备电极测定1.0 mmol/L TCA的RSD为3.50%，同一电极连续7次测定的RSD为2.89%。作者认为该电极有望作为第三代电化学生物传感器，用于病理研究、环境保护和质量控制。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：石墨粉（graphite powder）与液体石蜡（liquid paraffin）及[EMIM]EtOSO3混合构成碳离子液体电极（CILE），铜线提供电接触。
- 离子液体修饰层：1-乙基-3-甲基咪唑啉乙基硫酸盐（[EMIM]EtOSO3）作为离子液体修饰剂，提供高离子导电、宽电化学窗口和生物相容界面。
- 纳米材料修饰层：金纳米粒子（Au NPs）由氯金酸（HAuCl4）在-0.4 V原位电沉积，平均粒径约150 nm，提高导电性和有效面积。
- 生物识别/催化元件：血红蛋白（Hb，bovine hemoglobin）固定于Au/CILE表面，血红素Fe(III)/Fe(II)实现直接电子转移并催化TCA还原。
- 固定/封闭膜：Nafion膜（0.5% Nafion溶液）覆盖Hb，形成稳定膜并固定Hb，提供阳离子导电微环境。
- 信号读出：三电极电化学工作站（LK 2005/CHI 750B），以修饰电极为工作电极、饱和甘汞电极（SCE）为参比、铂丝为对电极，通过循环伏安/阻抗读出。
中文摘要
本文以离子液体1-乙基-3-甲基咪唑啉乙基硫酸盐（[EMIM]EtOSO3）为修饰剂制备碳离子液体电极（CILE），并在其表面原位电沉积金纳米粒子，构建Au/CILE平台。借助Nafion膜将血红蛋白（Hb）固定于Au/CILE表面，制备Nafion/Hb/Au/CILE修饰电极。循环伏安结果表明，Hb在Au/CILE表面实现直接电子转移，呈现一对清晰准可逆氧化还原峰；在pH 7.0磷酸盐缓冲液中，形式峰电位为-0.210 V（vs. SCE），对应Hb血红素Fe(III)/Fe(II)氧化还原电对。该电极对三氯乙酸（TCA）的还原具有优异电催化活性，还原峰电流与TCA浓度在0.2–18.0 mmol/L范围内呈线性关系，检出限为0.16 mmol/L（S/N=3）。电极具有良好稳定性和重现性，有望作为新型第三代电化学生物传感器。
英文摘要
In this paper a carbon ionic liquid electrode (CILE) was fabricated by using ionic liquid 1-ethyl-3-methylimidazolium ethylsulfate ([EMIM]EtOSO(3)) as modifier and further gold nanoparticles were in situ electrodeposited on the surface of CILE. The fabricated Au/CILE was used as a new platform for the immobilization of hemoglobin (Hb) with the help of a Nafion film. Electrochemical experimental results indicated that direct electron transfer of Hb was realized on the surface of Au/CILE with a pair of well-defined quasi-reversible redox peaks appeared. The formal peak potential (E(0)') was obtained as -0.210 V (vs. SCE) in pH 7.0 phosphate buffer solution (PBS), which was the characteristic of Hb heme Fe(III)/Fe(II) redox couple. The fabricated Nafion/Hb/Au/CILE showed excellent electrocatalytic activity to the reduction of trichloroacetic acid (TCA) and the reduction peak current was in proportional to TCA concentration in the range from 0.2 to 18.0 mmol/L with the detection limit as 0.16 mmol/L (S/N=3). The proposed electrode showed good stability and reproducibility, and it had the potential application as a new third-generation electrochemical biosensor.