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（hydrogen peroxide, H2O2）；样品基质：0.1 M pH 7.0 N2-saturated PBS（磷酸盐缓冲液）
检测原理
SnO2 纳米棒阵列的等电点（4.0–5.0）低于 HRP（pI 7.2），使 HRP 通过静电作用均匀固定于纳米棒空隙中；Nafion 膜进一步稳定酶层。单晶 SnO2 纳米棒无晶界，形成从 HRP 活性位点到合金基底的直接电子通道。在 -0.47 V 下，HRP 的 Fe3+/Fe2+ 中心发生直接电子转移；加入 H2O2 后，HRP 被 H2O2 氧化为 HRPox 并催化 H2O2 还原，产生还原电流。电流随 H2O2 浓度升高而增大，在 0.8–35 μM 内线性响应，高浓度下趋于饱和并符合 Michaelis–Menten 动力学。低工作电位降低了其他电活性物质的干扰。
检测灵敏度
LOD: 0.2 μM；线性范围: 0.8–35 μM；灵敏度: 379 μA mM^-1 cm^-2；线性方程: I(μA)=0.213c(μM)+0.005 (r=0.99, n=16)；KappM: 33.9 μM
效应效果
传感器在 -0.47 V 低电位下工作，对柠檬酸、抗坏血酸、蔗糖和葡萄糖等常见干扰物表现出可忽略的影响，选择性较高。对 4 μM H2O2 连续检测 8 次的相对标准偏差（RSD）为 7.5%；4 °C 冰箱保存 1 个月后仍保留约 92% 的电催化活性。其检出限 0.2 μM 约为 HRP-TiO2 纳米管修饰电极的 1/10，灵敏度 379 μA mM^-1 cm^-2 高于纳米 Au-ZnO 电极的 369 μA mM^-1 cm^-2。较小的 KappM（33.9 μM）表明固定化 HRP 对 H2O2 亲和性较高。作者认为直接生长的有序三维阵列有利于规模化制备高性能酶生物传感器。
传感器的构成
- 基底/集流体：Fe-based alloy substrate（铁基合金基底），提供导电支撑并收集电子。
- 纳米修饰层：single-crystalline SnO2 nanorod array（单晶二氧化锡纳米棒阵列），直接生长于基底，提供低等电点、空隙和电子传输通道。
- 识别元件：horseradish peroxidase (HRP)（辣根过氧化物酶），通过静电作用固定，催化 H2O2 还原。
- 封闭/固定层：Nafion（0.5 w% Nafion 溶液成膜），形成紧密膜，稳定 HRP 并防止脱落。
- 电解液介质：0.1 M pH 7.0 N2-saturated PBS（磷酸盐缓冲液），提供离子导电与惰性气氛。
中文摘要
本文报道了一种基于直接生长在合金基底上的二氧化锡（SnO2）纳米棒阵列的电化学过氧化氢（H2O2）生物传感器。单晶 SnO2 纳米棒不仅具有较低等电点和充足空隙，便于辣根过氧化物酶（HRP）的固定，而且提供大量导电通道，使 HRP 与集流体之间实现直接电子转移。在 0.1 M pH 7.0 氮气饱和磷酸盐缓冲液（PBS）中，传感器于 -0.47 V 下对 H2O2 表现出优异的电催化还原响应。其灵敏度为 379 μA mM^-1 cm^-2，检出限为 0.2 μM，表观 Michaelis–Menten 常数为 33.9 μM，并具有较高的选择性。该工作进一步证明了有序纳米阵列结构在电化学器件中的应用优势，为构建其他高性能酶生物传感器提供了参考。
英文摘要
SnO2 nanorod array grown directly on alloy substrate has been employed as the working electrode of H2O2 biosensor. Single-crystalline SnO2 nanorods provide not only low isoelectric point and enough void spaces for facile horseradish peroxidase (HRP) immobilization but also numerous conductive channels for electron transport to and from current collector; thus, leading to direct electrochemistry of HRP. The nanorod array-based biosensor demonstrates high H2O2 sensing performance in terms of excellent sensitivity (379 μA mM-1 cm-2), low detection limit (0.2 μM) and high selectivity with the apparent Michaelis-Menten constant estimated to be as small as 33.9 μM. Our work further demonstrates the advantages of ordered array architecture in electrochemical device application and sheds light on the construction of other high-performance enzymatic biosensors.