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：PBS缓冲液、试剂过氧化氢/消毒剂制剂
检测原理
传感器以碳离子液体电极为换能器，[bmim]PF6替代石蜡油形成导电离子液体相，降低界面阻抗并促进电子转移；琼脂糖膜作为固定化基质，保持血红蛋白（Hb）血红素天然构象。Hb中的血红素铁在电极表面发生直接电子转移，形成HbFe(III)/HbFe(II)可逆氧化还原对。当过氧化氢（H2O2）扩散至膜内时，被固定化Hb电催化还原，Hb作为生物催化元件将电子从电极传递给H2O2，产生与H2O2浓度成正比的阴极电流。在pH 7.0、-300 mV恒电位下，电流随H2O2浓度升高而增大，无需外加电子媒介体，属于第三代直接电化学酶/蛋白传感器。
检测灵敏度
LOD: 0.2 μM（S/N = 3）；线性范围: 2 × 10−6–1.2 × 10−3 M（2–1200 μM）；灵敏度: 81.68 nA μM−1（2–58 μM）；R = 0.999
效应效果
该传感器响应迅速，加入H2O2后3 s内可达到稳态电流的95%以上。抗干扰性较好，0.2 mM葡萄糖、乙酸、乙醇、L-半胱氨酸、L-酪氨酸和柠檬酸对0.1 mM H2O2的电流响应影响低于5%。重现性方面，6个独立制备电极测定5 μM H2O2的RSD为4.38%；循环伏安200圈后电流下降小于5%，储存20 d后仍保留95%初始响应。实际样品中消毒剂制剂H2O2测定结果与KMnO4滴定法一致，RSD为2.5%–4.2%。与文献中HRP或Hb修饰电极相比，其LOD 0.20 μM、线性范围2–1200 μM和20 d稳定性具有竞争力，适合快速、低成本检测H2O2。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：碳离子液体电极（CILE），石墨粉与1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（[bmim]PF6）按4:1质量比混合，装入PVC管并接入铜线，离子液体替代石蜡油以提高导电性
- 修饰层：琼脂糖（agarose）膜，琼脂糖与N,N-二甲基甲酰胺（DMF）体积比4:1，涂覆于CILE表面干燥成膜，提供生物相容性固定化环境
- 识别/催化元件：血红蛋白（Hb），10 mg/mL Hb溶液滴加于琼脂糖膜上干燥固定，保留血红素天然构象并直接电子转移
- 信号标记物：无外加标记物，Hb自身作为电催化元件，催化H2O2还原产生安培电流
- 工作介质：0.1 mol/L磷酸盐缓冲液（PBS，pH 7.0），提供质子与离子环境
中文摘要
本研究将血红蛋白（Hb）固定于琼脂糖中并修饰在碳离子液体电极（CILE）表面，用于研究其直接电化学行为。室温离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（[bmim]PF6）作为修饰剂，与石墨粉混合制备CILE，琼脂糖作为蛋白质固定化基质。采用紫外-可见光谱、傅里叶变换红外光谱和循环伏安法表征修饰电极，结果表明固定化Hb保留了天然构象和生物电催化活性。Hb在电极上发生直接电子转移，并可在无外加电子媒介体条件下电催化还原过氧化氢（H2O2）。通过优化pH、电位和电极制备条件，在pH 7.0、-300 mV恒电位下，传感器对H2O2在2×10−6至1.2×10−3 mol/L范围内呈线性响应，检出限为0.2 μM（S/N=3），表观Michaelis-Menten常数为1.495 mM。该传感器具有响应快、灵敏度高、重现性好和长期稳定性好等优点，可用于构建第三代无媒介体H2O2生物传感器。
英文摘要
Hemoglobin in agarose was successfully immobilized on a carbon ionic liquid electrode and the direct electrochemical behavior of hemoglobin was investigated. Room temperature ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate was used as the modifier. Ultraviolet-visible spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy and cyclic voltammetry were used to characterize the hemoglobin on the modified electrode. The results showed that the immobilized hemoglobin retained its bioelectrocatalytic activity. The electrochemistry of hemoglobin provided an opportunity to manufacture a third generation of biosensors. Experimental conditions influencing the biosensor performances such as pH, and potential were optimized and assessed. Under the optimal conditions, hydrogen peroxide was detected in the concentration range from 2x10(-6) to 1.2x10(-3)M with a detection limit of 0.2 microM at S/N=3. The apparent Michaelis-Menten constant was 1.495 mM. The biosensor exhibited some advantages, such as short time respond, high sensitivity, good reproducibility and long-term stability.