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
邻苯二酚（catechol）、苯酚（phenol）、间甲酚（m-cresol）；样品基质为磷酸盐缓冲液（PBS）及实际废水样品（wastewater samples）
检测原理
酚类化合物扩散进入nano-HA/CS纳米复合膜后，与固定在其内的酪氨酸酶发生识别/催化作用。在分子氧参与下，酪氨酸酶将邻苯二酚、苯酚或间甲酚等酚类底物氧化为相应的醌类物质（如邻醌）。生成的醌在−0.2 V（vs. SCE）的金电极表面发生直接还原反应，接受电子并释放质子，形成法拉第还原电流。被测物浓度越高，单位时间内酶催化生成的醌越多，稳态还原电流越大，从而实现定量检测。nano-HA棒状纳米结构提供较大比表面积和开放孔道，有利于底物扩散、酶负载和离子迁移；壳聚糖提供生物相容微环境和氨基结合位点，有助于保持酶活性并促进电子转导。该体系无需外加电子介质，主要依靠酶催化反应实现信号放大。
检测灵敏度
LOD: 邻苯二酚 5 nM (S/N = 3)、苯酚 10 nM、间甲酚 5 nM；线性范围: 邻苯二酚 10 nM–7.0 μM (R^2 = 0.999)、苯酚 70 nM–5.0 μM (R^2 = 0.999)、间甲酚 10 nM–5.0 μM (R^2 = 0.998)；灵敏度: 邻苯二酚 2.11×10^3 μA mM−1 cm−2、苯酚 1.77×10^3 μA mM−1 cm−2、间甲酚 2.05×10^3 μA mM−1 cm−2
效应效果
在3 μM邻苯二酚存在下，3 μM抗坏血酸、30 μM尿酸、30 μM咖啡因、50 μM H2O2和1000 μM葡萄糖无明显干扰，归因于低工作电位−0.2 V。重复性方面，10次连续测定0.8 μM邻苯二酚的RSD为2.5%；10个独立制备传感器的RSD为4.3%。稳定性方面，4 ℃保存时前18天灵敏度基本稳定，1个月后仍保留85%活性（使用80次以上）。实际废水加标回收率为92.9%–105.7%。与文献中其他酪氨酸酶酚传感器相比，本文传感器灵敏度（2110 μA mM−1 cm−2）、线性范围（10 nM–7 μM）和检出限（5 nM）更优。作者认为该传感器可用于酚类化合物的准确检测，且无需额外电子介质。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：多晶金电极（Au electrode，2 mm直径，经氧化铝抛光、超声清洗和piranha溶液处理），提供电子转导基底
- 纳米材料修饰层：羟基磷灰石纳米颗粒（nano-HA，Ca5(PO4)3(OH)，水热法制备，棒状，宽约40 nm、长110–260 nm）分散于壳聚糖（chitosan，CS，脱乙酰度≥85%）溶液中形成nano-HA/CS纳米复合膜，提供高比表面积、生物相容微环境并促进电子/离子传输
- 识别元件：酪氨酸酶（tyrosinase，EC 1.14.18.1，蘑菇来源），固定于nano-HA/CS膜中，催化酚类氧化生成醌
- 信号标记物：无外加电子介质；酶催化产物邻醌（o-quinone）在电极表面直接还原产生电流信号
- 清洗/固定后处理：1/15 M磷酸盐缓冲液（PBS，pH 7.0）洗涤去除未固定酶
- 支撑电解质：1/15 M PBS（KH2PO4/Na2HPO4）作为缓冲支持电解质
中文摘要
本文报道了一种基于羟基磷灰石纳米颗粒（nano-HA）–壳聚糖（chitosan）纳米复合物的新型酪氨酸酶电化学生物传感器，用于检测酚类化合物。作者采用水热法合成尺寸均一的棒状nano-HA，并通过透射电子显微镜（TEM）表征其形貌。随后将酪氨酸酶固定在nano-HA–壳聚糖修饰的金电极表面，利用电化学阻抗谱（EIS）和循环伏安法（CV）表征传感膜。该传感器通过监测酪氨酸酶在分子氧存在下催化酚类生成的醌类物质在−0.2 V（vs.饱和甘汞电极，SCE）处的还原信号来测定酚类化合物。实验优化了pH、温度和应用电位等条件。结果表明，传感器对邻苯二酚在10 nM至7 μM范围内呈线性响应，灵敏度为2.11×10^3 μA mM−1 cm−2，检出限为5 nM（S/N=3）。酶电极对邻苯二酚、苯酚和间甲酚的表观米氏常数分别为3.16、1.31和3.52 μM。此外，该传感器的稳定性和重现性均令人满意。
英文摘要
A novel tyrosinase biosensor based on hydroxyapatite nanoparticles (nano-HA)-chitosan nanocomposite has been developed for the detection of phenolic compounds. The uniform and size controlled nano-HA was synthesized by hydrothermal method, and its morphological characterization was examined by transmission electron microscope (TEM). Tyrosinase was then immobilized on a nano-HA-chitosan nanocomposite-modified gold electrode. Electrochemical impedance spectroscopy and cyclic voltammetry were used to characterize the sensing film. The prepared biosensor was applied to determine phenolic compounds by monitoring the reduction signal of the biocatalytically produced quinone species at -0.2 V (vs. saturated calomel electrode). The effects of the pH, temperature and applied potential on the biosensor performance were investigated, and experimental conditions were optimized. The biosensor exhibited a linear response to catechol over a wide concentration range from 10 nM to 7 microM, with a high sensitivity of 2.11 x 10(3) microA mM(-1) cm(-2), and a limit of detection down to 5 nM (based on S/N=3). The apparent Michaelis-Menten constants of the enzyme electrode were estimated to be 3.16, 1.31 and 3.52 microM for catechol, phenol and m-cresol, respectively. Moreover, the stability and reproducibility of this biosensor were evaluated with satisfactory results.