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：磷酸盐缓冲液（PBS）、人血浆
检测原理
在空气饱和的 0.1 M PBS（pH 7.0）中，GOD 的 FAD/FADH2 氧化还原中心可通过 CNT 与电极发生直接电子转移，并催化溶解氧还原，产生稳定的还原峰电流。当葡萄糖加入后，葡萄糖与 GOD 结合并被氧化为葡萄糖酸内酯，同时 GOD-FAD 被还原为 GOD-FADH2，使可催化氧还原的氧化态 GOD 减少，因此还原峰电流随葡萄糖浓度增加而下降。该电流下降量在 0.05–0.3 mM 范围内与葡萄糖浓度呈线性关系。CNT 提供高导电通道，PEI/LBL 膜维持 GOD 生物活性并稳定界面，外层 PEI 防止酶泄漏。
检测灵敏度
LOD: 0.05 mM；线性范围: 0.05 mM–0.3 mM；灵敏度: 106.57 μA mM−1 cm−2；r = 0.993
效应效果
传感器对 0.01 mM 尿酸和抗坏血酸几乎无干扰，显示高选择性。操作稳定性好，连续循环伏安扫描 30 圈后响应几乎无下降；储存 1 周酶活性无下降，20 天后响应下降 <5%，优于无外层 PEI 的 {GOD/PEI}3/CNT/GC（20 天保留 82%）。同电极 10 次测定 0.1 mM 葡萄糖 RSD 3.6%，六个独立制备电极 RSD 4.5%。人血浆加标回收率 96.7%–105.0%。灵敏度 106.57 μA mM−1 cm−2，高于文献 CNT 多层传感器 5.6 μA mM−1 cm−2 和 Nafion–CNTs–CdTe–GOD/GC 14.41 μA mM−1 cm−2。作者认为该策略适合构建高灵敏、高稳定酶生物传感器。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GC），经氧化铝抛光，提供导电基底与电子转移动力。
- 纳米材料修饰层：多壁碳纳米管（MWCNT/CNT），经浓硫酸-硝酸功能化并分散于 DMF，滴涂形成导电网络，提高比表面积并促进 GOD 直接电子转移。
- 阳离子聚合物层：聚乙烯亚胺（PEI，MW 60,000），带正电，与 CNT 负电表面静电吸附，作为 GOD 的固定层。
- 识别元件/酶层：葡萄糖氧化酶（GOD，211 U mg−1），等电点 pI 4.6，带负电，与 PEI 静电结合，催化葡萄糖氧化并发生 FAD/FADH2 直接电子转移。
- 外层稳定层：聚乙烯亚胺（PEI）外层，覆盖在 {GOD/PEI}3 顶部形成 PEI/{GOD/PEI}3 三明治结构，防止 GOD 泄漏并提高稳定性。
- 信号读出：三电极电化学工作站（CHI660A），以饱和甘汞电极（SCE）为参比、铂丝为对电极，在 0.1 M PBS（pH 7.0）中记录 GOD 还原峰电流变化。
中文摘要
本文报道了一种基于葡萄糖氧化酶（GOD）在多壁碳纳米管（MWCNT）修饰玻璃碳电极上层层自组装（LBL）构建的高灵敏、高稳定葡萄糖生物传感器。GOD 通过阳离子聚乙烯亚胺（PEI）层与带负电的 GOD 层交替静电吸附固定在带负电的 CNT 表面，形成 {GOD/PEI}n 薄膜；并在顶部再吸附一层 PEI，构成 PEI/{GOD/PEI}n 三明治结构。CNT 的高导电性显著促进 GOD 活性中心 FAD/FADH2 与电极之间的直接电子转移，而超薄 LBL 膜为 GOD 提供有利微环境以维持生物活性，外层 PEI 则减少酶泄漏并提高稳定性。所制备的 PEI/{GOD/PEI}3/CNT/GC 电极对葡萄糖具有 106.57 μA mM−1 cm−2 的灵敏度，可检测低至 0.05 mM 的葡萄糖，且在 1 周内酶活性无下降。该策略结合了 CNT 与 LBL 组装优势，适用于氧化还原酶直接电化学及高灵敏稳定酶生物传感器构建。
英文摘要
A novel strategy for fabricating the sensitive and stable biosensor was present by layer-by-layer (LBL) self-assembling glucose oxidase (GOD) on multiwall carbon nanotube (CNT)-modified glassy carbon (GC) electrode. GOD was immobilized on the negatively charged CNT surface by alternatively assembling a cationic poly(ethylenimine) (PEI) layer and a GOD layer. And the direct electrochemistry of GOD in the self-assembled {GOD/PEI}(n) film was investigated. CNT as an excellent nanomaterial greatly improved the direct electron transfer between GOD in {GOD/PEI}(n) film and the electrode. And the ultrathin {GOD/PEI}(n) film on the CNT surface provided a favorable microenvironment to keep the bioactivity of GOD. Moreover, PEI used as an out-layer was adsorbed on the top of the {GOD/PEI}(n) film to form the sandwich-like structure (PEI/{GOD/PEI}(n)), improving the stability of the enzyme electrode. On basis of these, the developed PEI/{GOD/PEI}(n)/CNT/GC biosensor has a high sensitivity of 106.57 μA mM(-1) cm(-2), and can measure as low as 0.05 mM glucose. In addition, the biosensor has excellent operational stability with no decrease in the activity of enzyme over a 1-week period. Therefore, the developed strategy making use of the advantages of CNT and LBL assembly is ideal for the direct electrochemistry of the redox enzymes and the construction of the sensitive and stable enzyme biosensor.