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：PBS缓冲液、人血清
检测原理
该传感器以GOx为识别元件，葡萄糖进入Nafion-SWCNHs复合膜后被GOx催化氧化为葡萄糖酸内酯和过氧化氢，同时GOx中的FAD被还原。FMCA作为氧化还原介质，在还原态GOx与电极之间传递电子：还原态FMCA接受电子后在+0.3 V电极表面被氧化，产生与葡萄糖浓度成正比的安培电流。SWCNHs提供高导电通道和高比表面积，促进电子传递与传质；Nafion形成阴离子选择性屏障，排除阴离子干扰并维持酶活性。因此，葡萄糖浓度越高，介质氧化电流越大。
检测灵敏度
LOD: 6 μM；线性范围: 0–6.0 mM；灵敏度: 1.06 μA/mM；R^2 = 0.993
效应效果
该传感器灵敏度1.06 μA/mM，检出限6 μM，Kapp_m 8.5 mM，对葡萄糖亲和力较高。1.0 mM葡萄糖连续7次测量RSD为2.6%，2周内响应基本不变，稳定性良好。在2 mM葡萄糖存在下，0.2 mM L-乳酸、谷胱甘肽、L-半胱氨酸、对氨基苯酚和0.05 mM L-抗坏血酸均无干扰，Nafion可排除阴离子干扰。人血清测得葡萄糖10.4 mM，与比色法10.7 mM接近；加标0.2、0.3、0.4 mM回收率94%–108%。作者认为SWCNHs高纯度和高比表面积适合生物分子固定化与传感应用。
传感器的构成
- 基底/工作电极：玻碳电极（GC），经抛光清洗，作为电化学换能器基底
- 纳米材料修饰层：单壁碳纳米角（SWCNHs），提供高导电性、高比表面积和快速传质通道
- 复合膜基质：Nafion，与SWCNHs形成复合膜，固定酶并作为阴离子选择性屏障
- 识别元件：葡萄糖氧化酶（GOx），催化葡萄糖氧化并传递电子
- 信号介质：羧基二茂铁（FMCA），氧化还原介质，降低检测电位并传递电子
- 支持电解质：0.05 M磷酸盐缓冲液（PBS，pH 7.5），提供离子导电环境
- 读出系统：CHI 800B电化学工作站，三电极体系恒电位安培检测
中文摘要
本文通过构建安培型葡萄糖生物传感器，展示了单壁碳纳米角（SWCNHs）的生物传感应用。该传感器通过将葡萄糖氧化酶（GOx）包埋于Nafion-SWCNHs复合膜中制备。循环伏安曲线显示，复合膜中固定化的GOx呈现一对清晰且近对称的氧化还原峰，形式电位为-0.453 V，表明酶在复合膜中保持良好电子传递活性。该传感器对葡萄糖氧化具有良好的电催化活性。为降低检测电位，引入羧基二茂铁（FMCA）作为氧化还原介质。介质型葡萄糖生物传感器在0–6.0 mM范围内呈良好线性，灵敏度为1.06 μA/mM，并表现出良好稳定性和抗干扰能力，可避免常见共存干扰物影响。由于SWCNHs具有高纯度和高比表面积等优异性质，SWCNHs及其复合材料有望用于生物分子固定化和生物传感应用。
英文摘要
The biosensing application of single-walled carbon nanohorns (SWCNHs) was demonstrated through fabrication of an amperometric glucose biosensor. The biosensor was constructed by encapsulating glucose oxidase in the Nafion-SWCNHs composite film. The cyclic voltammograms for glucose oxidase immobilized on the composite film displayed a pair of well-defined and nearly symmetric redox peaks with a formal potential of -0.453 V. The biosensor had good electrocatalytic activity toward oxidation of glucose. To decrease detection potential, ferrocene monocarboxylic acid was used as a redox mediator. The mediated glucose biosensor shows a linear range from 0 to 6.0 mM. The biosensor shows high sensitivity (1.06 microA/mM) and stability, and can avoid the commonly coexisted interference. Because of impressive properties of SWCNHs, such as high purity and high surface area, SWCNHs and their composites are expected to be promising material for biomolecular immobilization and biosensing applications.