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：0.1 M PBS 缓冲液（pH 6.5）
检测原理
葡萄糖氧化酶（GOD）被包埋并交联在纳米氧化铋（nano-BiOx）膜中，作为识别与催化元件。当葡萄糖扩散进入膜内时，GOD 在分子氧存在下催化 β-D-葡萄糖氧化为葡萄糖酸，同时生成过氧化氢（H2O2）。生成的 H2O2 透过具有适宜渗透性的 nano-BiOx 膜到达铂盘电极表面，在 0.5 V 恒电位下发生电化学氧化，产生与 H2O2 浓度成正比的安培电流。由于 H2O2 生成速率受 GOD 催化动力学控制，稳态电流随葡萄糖浓度增加而增大，在低浓度区近似线性。nano-BiOx 的大比表面积、多孔结构和半导体光生载流子效应可改善酶固定化、传质和界面电子转移，从而提高灵敏度。
检测灵敏度
LOD: 4×10−7M（S/N=3）；线性范围: 1×10−6M–1.5×10−3M；灵敏度: 51.0±0.4 mA/(Mcm2)
效应效果
该传感器在 5 s 内达到 95% 稳态响应，对葡萄糖在 1×10−6–1.5×10−3 M 范围内线性，检出限 4×10−7 M，灵敏度 51.0±0.4 mA/(M·cm2)，表观 Michaelis–Menten 常数 2.9 mM。作者认为其分析性能优于 GOD/TiO2、GOD/ZrO2-壳聚糖和 GOD/ZnO 等半导体纳米颗粒葡萄糖传感器。nano-BiOx 膜渗透系数为 2.3×10−2 cm/s，有利于底物传质。戊二醛交联和纳米基质使酶热稳定性提高，最佳工作温度达 53 °C，高于冷冻水凝胶、沸石和无机黏土基质中的 40、45 和 50 °C；Arrhenius 活化能为 44.0、22.5 和 9.0 kJ/mol。储存 60 天后仍保留约 94.7% 初始响应，表明其具有作为葡萄糖检测平台的潜力。
传感器的构成
- 工作电极基底：铂盘电极（platinum disk electrode, Pt disk, 2 mm），提供电子传导与安培换能
- 纳米修饰层：纳米氧化铋（nano-BiOx）胶体涂覆干燥成膜，包埋酶并提高比表面积、渗透性与生物相容性
- 识别元件：葡萄糖氧化酶（glucose oxidase, GOD），催化葡萄糖氧化生成过氧化氢
- 交联固定剂：戊二醛（glutaraldehyde）蒸气，交联 GOD 以增强热稳定性和储存稳定性
- 信号中间体：过氧化氢（H2O2），酶反应产物，在 0.5 V 下被电极氧化产生电流
- 工作介质：0.1 M 磷酸盐缓冲液（PBS, pH 6.5），维持酶活性与离子传导
- 电化学读出系统：CHI 660 电化学工作站、饱和甘汞电极（SCE）参比电极、铂箔（Pt foil）对电极，实现恒电位安培检测
中文摘要
纳米氧化铋（nano-BiOx）因比表面积大、成膜渗透性适宜、生物相容性高以及半导体纳米颗粒的光伏效应，适合作为酶固定化材料。本文以纳米氧化铋为无机基质构建了一种新型安培葡萄糖生物传感器。将葡萄糖氧化酶（GOD）包埋于纳米氧化铋膜中，并用戊二醛蒸气交联固定。在 0.5 V 恒电位下，电极氧化酶反应生成的过氧化氢，从而实现对葡萄糖的安培检测。该传感器对葡萄糖在 1×10−6–1.5×10−3 M 范围内呈线性响应，灵敏度为 51.0±0.4 mA/(M·cm2)，基于 S/N=3 的检出限为 4×10−7 M，表观 Michaelis–Menten 常数为 2.9×10−3 M。作者还采用 FT-IR、拉曼光谱、扫描电镜和旋转圆盘电极伏安法对纳米氧化铋及修饰电极进行了表征，结果表明该材料可作为有前景的生物传感平台。
英文摘要
Nano-structured bismuth oxide (nano-BiOx) is a suitable material for enzyme immobilization owing to its attractive properties, such as large specific surface area, suitable permeability of the resulting film, the high biocompatibility, and as well as photovoltaic effect from semiconductor nanoparticles. Thus, a new type of amperometric glucose biosensor based on nano-BiOx was constructed. The amperometric detection of glucose was assayed by potentiostating the GOD/nano-BiOx electrode at 0.5 V to oxidize the enzymatically generated hydrogen peroxide. The proposed biosensor provided a linear response to glucose over a concentration range of 1 x 10(-6) M to 1.5 x 10(-3) M with a sensitivity of 51.0+/-0.4 mA/(M cm(2)) and a detection limit of 4 x 10(-7) M based on S/N=3. The apparent Michaelis-Menten constant was calculated to be 2.9 x 10(-3) M. In addition, characterization of nano-BiOx and modified electrode was performed by FT-IR spectroscopy, Raman spectroscopy, scanning electron microscope (SEM) and rotating-disk electrode (RDE) voltammetry.