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：0.1 mol/L PBS缓冲液（pH 7.0）
检测原理
Hb包埋于石墨烯-壳聚糖复合膜中，壳聚糖维持Hb天然构象，石墨烯二维sp2碳网络降低界面电阻并促进电子从电极传递至Hb血红素中心。在PBS中，Hb的Fe中心发生可逆直接电子转移，产生氧化还原峰。加入H2O2后，Hb催化H2O2还原，使还原峰电流增大、氧化峰电流减小；在-400 mV固定电位下，H2O2浓度增加使稳态还原电流线性增加，超过230 μM后因酶饱和出现平台。该过程遵循Michaelis-Menten动力学，无需外加电子媒介体，信号直接来自Hb催化还原H2O2产生的法拉第电流。
检测灵敏度
LOD: 5.1 × 10−7 M；线性范围: 6.5–230 μM；灵敏度: 0.056 μA/μM；R = 0.993
效应效果
该传感器在0.1 mol/L PBS中对H2O2响应快速，5 s内达到最大稳态电流的95%。线性范围6.5–230 μM，检测限5.1×10^-7 M，Kapp_m为0.344 mM，低于部分碳纳米管复合膜H2O2传感器，说明固定化Hb保持较高生物活性。电极室温保存14 d后保持初始响应的80.1%；3个同法制备传感器响应几乎无差异，重现性较好。文中未报告选择性、抗干扰、实际样品回收率或与ELISA/HPLC/qPCR的对比。作者认为石墨烯-壳聚糖复合膜可维持蛋白天然结构并促进直接电子转移，是开发新一代石墨烯基生物传感器的有前景平台。
传感器的构成
- 基底电极：玻璃碳电极（GCE），经氧化铝抛光和超声清洗，作为工作电极与电子传导基底。
- 纳米复合修饰层：石墨烯（graphene）/壳聚糖（chitosan, CS）复合膜，石墨烯提供高导电二维通道，CS提供生物相容性并固定Hb。
- 识别/催化元件：血红蛋白（Hb），包埋于石墨烯-CS膜中，血红素中心实现直接电子转移并催化H2O2还原。
- 信号标记物：无外加标记，Hb自身Fe血红素氧化还原中心作为电化学信号源。
- 封闭剂：无专门封闭剂，复合膜自然干燥成膜并防止Hb泄漏。
- 电子供体/底物：过氧化氢（H2O2），在Hb催化下被还原，产生安培电流。
- 支持电解质：0.1 mol/L磷酸盐缓冲液（PBS, pH 7.0），维持离子强度和pH。
- 电化学池电极：饱和KCl Ag/AgCl参比电极和Pt辅助电极，用于三电极电位控制与电流测量。
中文摘要
本文首次采用石墨烯与壳聚糖复合膜固定血红蛋白（Hb），构建一种新型生物相容性电化学传感策略。通过循环伏安、电化学阻抗谱、紫外-可见吸收和透射电镜等手段，研究了Hb包埋于石墨烯-壳聚糖复合膜后的直接电子转移行为及生物电催化活性。结果表明，复合膜中Hb呈现一对稳定可逆氧化还原峰，说明石墨烯的高导电二维结构促进了电极与Hb血红素活性中心之间的直接电子转移；壳聚糖则提供良好生物相容性微环境，使Hb保持天然构象和生物活性。该修饰电极对H2O2表现出长期稳定的生物电催化还原响应，可用于H2O2的电化学检测。研究证明石墨烯-壳聚糖复合膜是固定蛋白质和制备新一代生物传感器的有前景平台。
英文摘要
A novel, biocompatible sensing strategy based on graphene and chitosan composite film for immobilizing the hemoglobin protein was firstly adopted. The direct electron transfer and bioelectrocatalytic activity of hemoglobin after incorporation into the composite film were investigated. A pair of reversible redox waves of hemoglobin was appeared, and hemoglobin could exhibit its bioelectrocatalytic activity toward H(2)O(2) in a long term. Such results indicated that graphene and chitosan composite could be a friendly biocompatible interface for immobilizing biomolecules and keeping their native structure. Furthermore, the appearance of graphene in the composite film could facilitate the electron transfer between matrix and the electroactive center of hemoglobin. Hence, this graphene and chitosan based protocol would be a promising platform for protein immobilization and biosensor preparation.