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
葡萄糖氧化酶（GOD）催化葡萄糖氧化，原位生成过氧化氢（H2O2）。生成的H2O2扩散至辣根过氧化物酶（HRP）层，在HRP催化下与溶液中的邻苯二酚（o-dihydroxybenzene）发生氧化还原反应，电子经PAH-MCNT导电网络传递至金电极，在-0.15 V下产生安培电流。葡萄糖浓度越高，GOD产生的H2O2越多，HRP催化电流越大，因此稳态电流与葡萄糖浓度成正比。多层结构中MCNT作为分子导线加速电子转移，LBL组装提高酶负载量，糖-凝集素相互作用增强层间稳定性。
检测灵敏度
LOD: 2.5 × 10^-7 M；线性范围: 2.0 × 10^-6–1.7 × 10^-4 M
效应效果
该传感器响应迅速，加入葡萄糖后5 s内达到稳态电流的95%。抗干扰性良好，40 μM抗坏血酸和800 μM尿素对葡萄糖测定无明显干扰。实际人血清样品经100倍稀释后，在2–6 mM范围内加标回收率为96.9%–103.8%。稳定性方面，4 ℃保存8 d后仍保留约93%初始响应；对80 μM葡萄糖连续7次测定的RSD为2.9%，6个独立制备电极的批间RSD为3.8%。与文献中CS/Au/GOD和GS/GOD/Nafion体系相比，其LOD更低，但不及CS/CNT/Au–Pt NP/GOD体系。作者认为该LBL构建策略可用于制备可控、高性能MCNT–酶纳米复合生物传感器。
传感器的构成
- 基底电极：金电极（Au），提供导电基底与换能界面
- 自组装单分子层：3-巯基-1-丙磺酸钠（MPS），在Au表面形成带负电磺酸基单分子层
- 聚电解质前驱膜：聚烯丙基胺盐酸盐/聚苯乙烯磺酸钠（PAH/PSS），通过静电作用提供正负交替界面并固定PAH-MCNT
- 纳米导电层：聚烯丙基胺盐酸盐包裹多壁碳纳米管（PAH-MCNT），水溶带正电，加速电子转移并承载酶层
- 催化酶层：辣根过氧化物酶（HRP），与PAH-MCNT静电组装，催化H2O2与电子介质反应
- 糖-凝集素连接层：刀豆蛋白A（ConA），通过糖-凝集素特异性结合连接HRP与GOD
- 催化酶层：葡萄糖氧化酶（GOD），通过ConA-糖相互作用固定，催化葡萄糖氧化生成H2O2
- 电子介质：邻苯二酚（o-dihydroxybenzene），在PBS中作为HRP电子介质，将催化反应转化为安培电流
中文摘要
本文报道了一种基于功能化碳纳米管与糖–凝集素生物特异性相互作用的葡萄糖双酶生物纳米多层电极。首先将多壁碳纳米管（MCNTs）经聚电解质包裹功能化，使其具有水溶性并带正电荷；随后在功能化MCNT修饰电极上，通过层层自组装（LBL）交替沉积辣根过氧化物酶（HRP）与葡萄糖氧化酶（GOD），构建MCNT–双酶生物纳米多层电极。该多层结构中，MCNT–双酶层与底层电极之间以及各层之间的附着均依赖于可靠的静电作用或糖–凝集素生物特异性相互作用。所制备的双酶生物传感器对葡萄糖表现出快速安培响应，其线性范围为2.0×10^-6–1.7×10^-4 mol/L，检出限为2.5×10^-7 mol/L，并可直接用于血清中葡萄糖的测定。该工作表明，基于可控LBL组装的MCNT–酶纳米复合电极在高性能生物传感器制备方面具有应用潜力。
英文摘要
Bienzyme bionanomultilayer electrode for glucose biosensing was constructed based on functional carbon nanotubes and sugar-lectin biospecific interaction through layer-by-layer (LBL) assembly. After being functionalized by wrapping with polyelectrolyte, multiwalled carbon nanotubes (MCNTs) were water soluble and positively charged. MCNT-bienzyme bionanomultilayer electrode was then fabricated by LBL assembly of horseradish peroxidase (HRP) and glucose oxidase (GOD) on functional MCNT modified electrode. The attachment of the MCNT-bienzyme bionanomultilayer with the underlying electrode and each layer in the bionanomultilayer was based on reliably electrostatic or sugar-lectin biospecific interaction. The developed bienzyme biosensor exhibited fast amperometric response for the determination of glucose. The linear response of the developed biosensor for the determination of glucose ranged from 2.0 x 10(-6) to 1.7 x 10(-4) M with a detection limit of 2.5 x 10(-7) M. The biosensor can be used directly to determine glucose in serum. The construction of the bienzyme biosensor showed potential for the preparation of MCNT-enzyme nanocomposite with controllability and high performance.