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, Glc）；磷酸盐缓冲液（PBS, pH 7.0）/非临床样品
检测原理
葡萄糖氧化酶（GOD）催化葡萄糖氧化，使酶中FAD被还原；共价连接在纳米晶TiO2表面的联吡啶介体H2BpybcBr2作为分子导线和电子介体，接受还原态GOD的电子并再生氧化态GOD，同时自身被还原。在+0.55 V（vs SCE）安培电位下，还原型联吡啶在电极表面被氧化回氧化态，产生与葡萄糖浓度成正比的阳极电流。多孔TiO2薄膜提供高比表面，增加酶负载量并缩短电子转移距离，从而放大电流响应。
检测灵敏度
LOD: 51 μmol L−1；线性范围: 153 μmol L−1–1.30 mmol L−1；最大电极灵敏度: 1.25 μA mmol L−1
效应效果
该传感器响应快速，加入葡萄糖后约5 s达到稳态电流。与直接吸附GOD的TiO2电极相比，H2BpybcBr2修饰显著提高催化电流；Km为3.76 mmol/L，低于直接吸附多孔TiO2（6.08 mmol/L）和纳米结构TiO2/Si（7.5 mmol/L），表明酶-底物亲和力更高。在+0.35 V下灵敏度为0.70 μA mmol−1 L，高于电聚合膜固定GOD（0.28 μA mmol−1 L cm−2）和碳膜电极（0.28 μA mmol−1 L cm−2）。+0.55 V下抗坏血酸和尿酸可能干扰，作者认为适合非临床样品；4 ℃保存两周后对0.5 mmol/L葡萄糖响应保持85%以上。未报告RSD和加标回收率。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：FTO玻璃（fluorine-doped tin oxide, FTO），导电玻璃工作电极
- 纳米材料修饰层：纳米晶TiO2薄膜（nanocrystalline TiO2 film），由钛异丙醇盐水解/水热胶体涂覆并450 ℃烧结，提供多孔高比表面
- 介体/分子导线层：1,10-双(4-羧苄基)-4,4'-联吡啶二溴化物（H2BpybcBr2，viologen mediator），吸附于TiO2表面，作为电子介体和酶固定锚点
- 识别元件：葡萄糖氧化酶（glucose oxidase, GOD），经1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺（EDC）活化后与H2BpybcBr2羧基共价连接，催化葡萄糖氧化
- 电化学介质/读出环境：磷酸盐缓冲液（PBS, pH 7.0）与电化学工作站（Autolab PGSTAT30），在+0.55 V vs SCE进行安培检测
中文摘要
本研究制备了一种新型葡萄糖生物传感器。将1,10-双(4-羧苄基)-4,4'-联吡啶二溴化物（H2BpybcBr2）吸附于沉积在FTO玻璃上的纳米晶TiO2薄膜表面，形成H2BpybcBr2/TiO2/FTO修饰电极，并作为葡萄糖氧化酶（GOD）组装到电极表面的平台。采用扫描电子显微镜、X射线荧光成像、循环伏安法和光谱电化学方法对修饰电极进行表征。将GOD固定于功能化TiO2薄膜上后，电极对葡萄糖表现出稳定的安培响应，线性范围为153 μmol/L至1.30 mmol/L，检出限为51 μmol/L。表观Michaelis-Menten常数Km为3.76 mmol/L，表明酶与底物具有较高亲和力。最大电极灵敏度为1.25 μA/(mmol/L)。研究证明，联吡啶类介体与TiO2薄膜的结合可保持酶的催化活性，并促进电子转移，从而在葡萄糖反应中再生酶，提高传感器性能。
英文摘要
A novel biosensor for glucose was prepared by adsorption of 1,1'-bis(4-carboxybenzyl)-4,4'-bipyridinium di-bromide compound (H(2)BpybcBr(2)) onto the surface of a nanocrystalline TiO(2) film deposited onto FTO glasses, which was used as a platform to assemble the enzyme glucose oxidase to the electrode surface. The H(2)BpybcBr(2)/TiO(2)/FTO modified electrode was characterized by scanning electron microscopy, X-ray fluorescence image, cyclic voltammograms and spectroelectrochemical measurements. The immobilization of GOD on functionalized TiO(2) film led to stable amperometric biosensing for glucose with a linear range from 153 micromol L(-1) to 1.30 mmol L(-1) and a detection limit of 51 micromol L(-1). The apparent Michaelis-Menten constant (K(m)) was estimated to be 3.76 mmol L(-1), which suggested a high enzyme-substrate affinity. The maximum electrode sensitivity was 1.25 microA mmol L(-1). The study proved that the combination of viologen mediators with TiO(2) film retains the electrocatalytic activity of the enzyme, and also enhances the electron transfer process, and hence regenerating the enzyme in the reaction with glucose.