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)，样品基质为 20 mM HEPES/KCl 缓冲液 (pH 8)，含 2.5 mM NAD+ 与 NAD-GDH；亦直接检测 NADH (NADH) 的电催化氧化。
检测原理
葡萄糖在 NAD-GDH 催化下发生氧化，NAD+ 被还原为 NADH。NADH 在 +400 mV 电位下被 pSAM 中的 Fc 介体电催化氧化，Fc 与金电极之间发生异相电子转移，从而产生与葡萄糖浓度相关的安培电流。PEG 侧链提供亲水抗污环境，减少蛋白吸附。Ca2+ 与 PEG 氧原子螯合，诱导聚合物链部分脱水和塌缩，缩短 Fc 与 NADH/酶及电极之间的距离，增强电子转移，使电流提高约 80%。无 Ca2+ 时 PEG 水合膨胀，阻碍辅酶与介体作用。该策略通过 Ca2+ 诱导的界面拓扑化学变化实现信号放大。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
两种 pSAM 电极均显示 +400 mV 的 Fc 氧化还原电位，表面覆盖度约 1.5×10^-11 mol cm^-2，异相电子转移常数分别为 70 和 50 s^-1，表明介体有效固定且电子传递较快。PEG 亲水层具有生物惰性，可减少蛋白吸附并改善信噪比；共价固定使电极处理简便，适合大规模制备。加入 10 mM Ca2+ 后，NADH 氧化电流提高约 80%，葡萄糖检测灵敏度最多提高 80%；电流响应约 100 s 达到平台。100 和 20 mM 葡萄糖在 Ca2+ 存在下出现信号下降，作者归因于高底物浓度导致的扩散限制。Ca2+ 效应可被 EDTA 逆转，酶活性未受 Ca2+ 影响。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极 (Au)，提供导电基底并通过硫醇/二硫键共价固定聚合物
- 聚合物修饰层：PEGMA-Fc-SH (1) 或 PEGMA-Fc-SS (2) 聚合物自组装单分子层 (pSAMs)，含 PEG 侧链、二茂铁 (Fc) 氧化还原介体、硫醇/二硫键锚定基团，形成亲水抗污界面并介导电子转移
- 识别元件：NAD 依赖葡萄糖脱氢酶 (NAD-GDH)，催化葡萄糖氧化并将 NAD+ 还原为 NADH
- 电子供体/信号分子：NADH，酶反应产物，被 Fc 介体电催化氧化产生电流
- 离子调节/放大元件：Ca2+ (CaCl2)，与 PEG 氧原子螯合，诱导聚合物链塌缩/构象变化，增强异相电子转移
- 辅酶/底物体系：NAD+ (2.5 mM) 与葡萄糖 (glucose)，作为酶促反应辅酶和底物
中文摘要
本文合成两种亲水性聚乙二醇(PEG)基氧化还原共聚物，分别含有电活性二茂铁(Fc)以及硫醇/二硫键锚定基团。两种共聚物可自组装固定于金表面，形成聚合物自组装单分子层(pSAMs)，同时具备氧化还原活性、离子可调性和生物惰性。固定化聚合物在 Ag|AgCl 电极下均显示约 +400 mV 的氧化还原电位，并能促进 NADH 的电催化氧化。Ca2+ 浓度升高会改变聚合物界面结构，使电化学响应增强；在 NADH 氧化体系中，加入 10 mM Ca2+ 后电极电流提高约 80%。作者基于非环 PEG 片段的强螯合能力，提出固定化聚合物结构模型，以解释 Ca2+ 对异相电子转移和酶促 NADH 氧化的调控机制。
英文摘要
Two new hydrophilic, poly(ethylene glycol) (PEG)-based redox copolymers bearing electrochemically active ferrocene (Fc) and thiol/disulfide anchoring functionalities were synthesized. These copolymers are shown to adsorb on gold surfaces causing polymeric self-assembled monolayers (pSAMs) that possess triple functions: "redox-active", "ionic-tunable", and "bio-inert". Both immobilized polymers showed redox potentials at +400 mV (Ag|AgCl), and facilitate the electrocatalytical oxidation of NADH. Additionally, interfacial architecture of the polymers is affected by an increase in Ca(2+) concentration, which leads to an amplification of the electrochemical response. The electrode current, measured for NADH-oxidation, increased by 80% after addition of 10 mM Ca(2+) ions. Considering the Ca(2+) influence on the heterogeneous electron transfer a structural model of the immobilized polymers is proposed based on the strong chelating ability of noncyclic PEG moieties.