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 0.1 M PBS（pH 6.0）缓冲溶液
检测原理
该传感器以纳米多孔金网络作为高比表面积界面，使血红蛋白（Hb）保持天然构象并实现血红素 Fe 中心与电极之间的直接电子转移。当 H2O2 扩散至电极表面时，Hb(Fe3+) 被 H2O2 氧化生成 Compound I（Fe4+O），随后 Compound I 从电极获得电子并被质子还原，重新生成 Hb(Fe3+)，同时产生水。在优化电位 -0.3 V 下，H2O2 的催化还原消耗电子，形成与 H2O2 浓度成正比的阴极稳态电流。纳米多孔金的三维网络增大了 Hb 负载量、缩短电子传递路径并降低表观 Michaelis–Menten 常数，从而增强灵敏度。
检测灵敏度
LOD: 2 × 10−8 M (S/N = 3)；线性范围: 5 × 10−8–2 × 10−4 M；校准曲线线性至 2.5 × 10−4 M；R = 0.997
效应效果
在优化条件下，传感器对 H2O2 的稳态响应在 5–10 s 内达到平衡，线性范围为 5×10−8–2×10−4 M，检出限为 2×10−8 M，表观 Km 为 0.261 mM。传感器在 4 ℃、pH 7.0 PBS 中保存 45 天后仍保持 95% 初始灵敏度；同一电极 5 次重复测定 RSD 为 3.2%，3 个电极间 RSD 为 5.1%。在 -0.3 V 下，0.1 mM 抗坏血酸和 0.1 mM 尿酸无明显干扰。与文献中 HRP 或 Hb 基 H2O2 传感器相比，该传感器具有更低检出限、更宽线性范围和较长稳定性，作者认为其适用于低成本、高稳定性过氧化氢检测。
传感器的构成
- 基底电极：Ti 板（Ti），经 HCl 蚀刻，作为工作电极基底
- 纳米修饰层：纳米多孔 Au 网络（NP-Au），水热法直接生长，提供高比表面积并促进 Hb 直接电子转移
- 识别/催化元件：血红蛋白（Hb），具有过氧化物酶样活性，催化 H2O2 还原
- 固定稳定层：壳聚糖（chitosan），与 Hb 共固定，提高传感器稳定性
- 信号标记物：无外源标记物，Hb 血红素 Fe 中心直接电子转移
- 电化学测量体系：Ag/AgCl 参比电极、Pt 对电极和 0.1 M PBS（pH 6.0）缓冲介质
中文摘要
本文报道了一种在钛（Ti）基底上通过水热法直接生长三维纳米多孔金（NP-Au）网络，并将其用作固定氧化还原蛋白血红蛋白（Hb）的支撑基质，从而构建高性能过氧化氢（H2O2）电化学生物传感器的方法。采用扫描电子显微镜（SEM）、X 射线光电子能谱（XPS）和能量色散 X 射线（EDX）光谱对所得纳米多孔金网络的形貌与组成进行了表征。循环伏安（CV）和安培法用于研究并优化所制备电化学生物传感器的性能。CV 结果表明，固定于纳米多孔金网络上的 Hb 可实现直接电子转移。安培法 H2O2 传感实验显示，该纳米多孔金网络基生物传感器具有响应快、线性范围宽、检出限低、稳定性高和重现性好的特点。在优化条件下，所开发生物传感器对 H2O2 检测的线性范围为 5×10−8 至 2×10−4 M，检出限为 2×10−8 M（基于 S/N=3）。
英文摘要
In this work, we have directly grown three-dimensional nanoporous Au networks onto a Ti substrate using the hydrothermal technique. This newly designed material with a large surface area was used as a supporting matrix for immobilizing a redox protein, hemoglobin (Hb), to develop a high-performance hydrogen peroxide biosensor. Scanning electron microscope (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and energy-dispersive X-ray (EDX) spectroscopy were employed to characterize the morphology and composition of the fabricated nanoporous Au network. Cyclic voltammetry (CV) and amperometry were used to study and to optimize the performance of the fabricated electrochemical biosensor. Our CV studies show the direct electron transfer of Hb immobilized on the nanoporous Au network. In addition, amperometric H(2)O(2) sensing experiments revealed that the nanoporous Au-network based biosensor exhibits fast response, long linearity, a low detection limit, high stability and very good reproducibility. Under the optimized conditions, the linearity of the developed biosensor for the detection of H(2)O(2) spans from 5 x 10(-8) to 2 x 10(-4)M with a detection limit of 2 x 10(-8)M (based on S/N=3).