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
儿茶酚（catechol）、对甲酚（p-cresol）、苯酚（phenol）；样品基质：0.1 mol/L磷酸盐缓冲液（PBS，pH 6.5），作者提出可用于环境样品。
检测原理
酚类化合物扩散进入Fe3O4–壳聚糖复合膜，与包埋的酪氨酸酶结合。在溶解氧存在下，酪氨酸酶催化酚类氧化生成相应邻醌（以儿茶酚为例：catechol + O2 → o-quinone + H2O）。生成的邻醌在电极表面于-0.2 V vs SCE被电化学还原为邻二酚（o-quinone + 2H+ + 2e- → catechol），产生还原电流。Fe3O4纳米粒子提供大比表面积和导电/渗透通道，壳聚糖多孔网络提高酶负载并维持酶活性，使更多催化位点可及，从而放大电流响应。稳态电流随酚类浓度增加而增大，在低浓度范围内呈线性。无需外加电子媒介体。
检测灵敏度
儿茶酚（catechol）：LOD: 2.5 × 10−8 mol L−1；线性范围: 8.3 × 10−8 to 7.0 × 10−5 mol L−1；灵敏度: 0.514 A (mol L−1)−1；R^2 = 0.999。对甲酚（p-cresol）：LOD: 2.5 × 10−8 mol L−1；线性范围: 8.3 × 10−8 to 7.8 × 10−5 mol L−1；灵敏度: 0.360 A (mol L−1)−1；R^2 = 0.999。苯酚（phenol）：LOD: 2.5 × 10−8 mol L−1；线性范围: 8.3 × 10−8 to 8.3 × 10−5 mol L−1；灵敏度: 0.225 A (mol L−1)−1；R^2 = 0.999。
效应效果
该传感器对儿茶酚、对甲酚和苯酚线性响应，灵敏度分别为0.514、0.360、0.225 A (mol L−1)−1，LOD均为2.5×10−8 mol L−1，R^2均为0.999，灵敏度顺序与酪氨酸酶催化选择性一致。5 μmol/L儿茶酚重复测定RSD 2.7%，五个独立电极RSD 4.5%；三种酚类RSD为4.5%、3.2%、5.0%。加入1.0×10−3 mol/L儿茶酚后2 s达95%稳态电流，快于文献酪氨酸酶–Al2O3–溶胶–凝胶电极的1–2 min。与壳聚糖–酪氨酸酶–GCE相比，灵敏度由0.301升至0.514 A (mol L−1)−1，KappM由167.2降至96.9 μmol/L。4℃干燥保存1个月保留约85%响应，2个月约53%。作者认为可用于环境样品酚类污染物的快速、简便、低成本分析。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE），经抛光清洗，作为工作电极和电子转导基底。
- 纳米材料修饰层：Fe3O4磁性纳米粒子（约30 nm），提供大比表面积、导电/渗透通道并增强酶固定。
- 聚合物固定层：壳聚糖（chitosan），形成多孔网络膜，提高酶负载、保持酶活性并防止泄漏。
- 识别元件：酪氨酸酶（tyrosinase, EC 1.14.18.1），催化酚类氧化生成邻醌。
- 信号产物：邻醌（o-quinone），酶催化生成并在电极表面还原产生安培电流。
- 反应介质：0.1 mol/L磷酸盐缓冲液（PBS，pH 6.5）及溶解氧，提供酶反应环境。
中文摘要
开发了一种基于Fe3O4纳米粒子–壳聚糖纳米复合材料的新型酪氨酸酶生物传感器，用于检测酚类化合物。Fe3O4纳米粒子的大比表面积和壳聚糖的多孔形貌使酶负载量高，且包埋酶可保持生物活性。采用原子力显微镜和交流阻抗谱对酪氨酸酶–Fe3O4纳米粒子–壳聚糖生物纳米复合膜进行表征。所制备的传感器通过在饱和甘汞电极（SCE）-0.2 V下安培检测生物催化释放的醌，用于测定酚类化合物。详细研究并优化了工作电位、支持电解质pH和温度等影响分析性能的因素。该传感器用于检测儿茶酚，线性范围为8.3×10−8至7.0×10−5 mol/L，检出限为2.5×10−8 mol/L。酪氨酸酶传感器表现出良好的重复性和稳定性。该新型酪氨酸酶传感器有望用于环境样品中酚类污染物的快速、简便、低成本分析。所提策略可拓展到其他酶基生物传感器的开发。
英文摘要
A novel tyrosinase biosensor based on Fe(3)O(4) nanoparticles-chitosan nanocomposite has been developed for the detection of phenolic compounds. The large surface area of Fe(3)O(4) nanoparticles and the porous morphology of chitosan led to a high loading of enzyme and the entrapped enzyme could retain its bioactivity. The tyrosinase-Fe(3)O(4) nanoparticle-chitosan bionanocomposite film was characterized with atomic force microscopy and AC impedance spectra. The prepared biosensor was used to determine phenolic compounds by amperometric detection of the biocatalytically liberated quinone at -0.2V vs. saturated calomel electrode (SCE). The different parameters, including working potential, pH of supporting electrolyte and temperature that governs the analytical performance of the biosensor have been studied in detail and optimized. The biosensor was applied to detect catechol with a linear range of 8.3 x 10(-8) to 7.0 x 10(-5)mol L(-1), and the detection limit of 2.5 x 10(-8)mol L(-1). The tyrosinase biosensor exhibits good repeatability and stability. Such new tyrosinase biosensor shows great promise for rapid, simple, and cost-effective analysis of phenolic contaminants in environmental samples. The proposed strategy can be extended for the development of other enzyme-based biosensors.