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
过氧化氢（H2O2），样品基质为消毒剂（disinfectant）及PBS缓冲液
检测原理
H2O2扩散进入PVA/TiO2-MWCNTs-Hb复合膜，与包埋Hb的血红素铁中心发生酶促/电催化还原；Hb在PVA/TiO2杂化膜中保持天然构象并实现与GCE的直接电子转移，MWCNTs降低电子转移阻抗、加速电子从Hb到电极的传递；H2O2还原消耗电子，使工作电极产生阴极电流，电流随H2O2浓度升高而增大。CV/DPV读取峰电流，EIS表征界面电子转移。该体系无外加电子中介体，属于第三代电化学生物传感器。
检测灵敏度
LOD: 0.01 mM (S/N = 3)；线性范围: 0.5–2.7 mM；灵敏度: 0.18 mA/mM；相关系数: 0.997
效应效果
传感器在1.0 mM H2O2下8次连续测定变异系数为3.68%，5个独立制备电极的RSD为6.92%。4 ℃保存5天内响应损失仅2%，20天后仍保留约90%原始响应。对果糖、L-半胱氨酸、L-赖氨酸、酪氨酸、Cl−、NH4+和钙离子等干扰物，需达到1.14–1.64 mM才引起±5%误差，选择性良好。消毒剂样品加标1.0、1.5、2.0 mM时回收率分别为115%、106%、96.75%。与文献Hb膜相比，其LOD 0.01 mM更低，作者认为该无中介体第三代传感器可用于实际样品分析和生物传感器/生物反应器构建。
传感器的构成
- 工作电极基底：玻璃碳电极(GCE)，直径2.0 mm，经Al2O3抛光和超声清洗，提供电子转能界面
- 杂化固定基质：溶胶-凝胶PVA/TiO2杂化材料，由6% PVA水溶液与TiO2溶胶(TBT水解)混合，形成生物相容网络并包埋Hb
- 导电纳米修饰层：多壁碳纳米管(MWCNTs)分散液，掺入PVA/TiO2基质，降低电子转移阻抗并促进Hb直接电子转移
- 生物催化识别元件：血红蛋白(Hb)，包埋于PVA/TiO2-MWCNTs复合膜中，作为过氧化物酶样催化蛋白识别并催化H2O2还原
- 电化学读出体系：三电极体系（铂丝对电极、饱和甘汞参比电极、修饰GCE工作电极），在PBS中通过CV/DPV/EIS读取电流响应
中文摘要
本文报道了一种基于溶胶-凝胶聚乙烯醇(PVA)/二氧化钛(TiO2)杂化材料负载血红蛋白(Hb)并分散多壁碳纳米管(MWCNTs)的过氧化氢(H2O2)电化学生物传感器。该杂化材料可保持包埋Hb的天然生物催化活性，MWCNTs可增强H2O2催化性能并促进电子转移。通过循环伏安、差分脉冲伏安和电化学阻抗谱研究了电极的电化学特性，并优化了MWCNTs用量、Hb浓度和修饰液体积等实验参数。在优化条件下，传感器对H2O2的线性范围为0.5–2.7 mM，线性回归系数为0.997，检出限为0.01 mM（S/N=3），表观Michaelis–Menten常数Km为0.997 mM。传感器表现出良好的重复性、高灵敏度、长期稳定性和选择性，消毒剂样品中H2O2加标回收率满意。
英文摘要
A novel hydrogen peroxide biosensor has been fabricated based on Hb entrapped poly(vinyl alcohol) (PVA)/Titanium dioxide (TiO2) hybrid material. Multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were then dispersed into the composite matrix. It was found that such hybrid material could retain the native biocatalytic activity of the entrapped Hb by electrochemical experiments. In addition, MWCNTs enhanced catalytic performance of hydrogen peroxide and promoted electronic transfer. Effects of some experimental variables such as the amount of MWCNTs, concentration of enzyme, amounts of modifier on the current response of the biosensor were investigated. A linear calibration graph was obtained in the concentration range of H2O2 from 0.5 to 2.7 μM (linear regression coefficient = 0.997) with a detection limit of 0.01 μM (S/N = 3). The apparent Michaelis-Menten constant Km was 0.997 μM. The biosensor displayed excellent repeatability, high sensitivity, long-term stability, and good selectivity. The recovery of H2O2 in samples was testified with satisfactory results.