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：PBS、人工脑细胞外液（ECF）、大鼠前额叶皮层脑细胞外液（in vivo CNS）
检测原理
葡萄糖在固定化葡萄糖氧化酶（Gox）催化下氧化为葡萄糖内酯，同时生成过氧化氢（H2O2）。H2O2 扩散至普鲁士蓝（PB）膜，PB 的还原态 Prussian White（PW）在约0.0 V（vs SCE）发生电催化还原 H2O2，将氧化还原电子传递至碳纤维电极，形成与 H2O2 浓度成正比的安培电流。由于 H2O2 生成速率受 Gox 米氏动力学控制，低浓度下电流随葡萄糖浓度近似线性增加，高浓度趋于饱和。聚乙烯亚胺（PEI）提高酶负载并降低表观米氏常数，增强线性灵敏度；电聚合 PoPD 膜提供尺寸/电荷排阻，阻挡抗坏血酸和尿酸等内源性干扰物，使信号主要来源于葡萄糖催化反应。
检测灵敏度
LOD: 8 μM；灵敏度斜率: 747 ± 7 pA/mM；灵敏度斜率: 9.3 ± 0.1 μA mM−1 cm−2；R^2 = 0.999
效应效果
优化传感器 CFE/PB/PEI5%/Goxopt/PoPD 的线性灵敏度为 9.3±0.1 μA mM−1 cm−2（n=3），RSD 2%，无明显电活性干扰。400 μM 抗坏血酸（AA）存在下，1 mM 葡萄糖响应为 99±3%（无 AA 为 100±2%，n=5，p>0.66）；线性灵敏度由 737±7 pA/mM 变为 756±14 pA/mM（n=8，p>0.23），100 μM 尿酸（UA）无影响。pH 6.5–8.5 响应稳定。大鼠前额叶皮层细胞外液中，局部注射 2 mM 葡萄糖（1、0.5、0.1 μL）产生剂量相关响应，变化与注射体积线性相关（r2=0.97）；150 mM KCl 诱发扩散性抑制时电流剂量依赖升高，5 μL 后约 2 min 恢复，实验后灵敏度无明显变化，抗生物污染良好。相比 Pt/Pt–Ir 微电极，其尺寸更小、电位更低，适合 CNS 体内葡萄糖监测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：碳纤维（CF）/碳纤维电极（CFE），直径8 μm、长度约250 μm，封装于玻璃毛细管并连接聚四氟乙烯包覆铜线，提供微尺寸导电基底。
- 电催化修饰层：普鲁士蓝（PB）膜，电沉积并活化，催化 H2O2 还原，使工作电位降至约0.0 V vs SCE。
- 酶固定化辅助层：聚乙烯亚胺（PEI，5%）预涂覆层，增强葡萄糖氧化酶（Gox）负载与固定。
- 识别元件：葡萄糖氧化酶（Gox），催化葡萄糖氧化生成葡萄糖内酯和 H2O2，经 BSA/戊二醛（Glut）交联稳定。
- 抗干扰/封闭膜：电聚合邻苯二胺聚合物（PoPD）膜（含 BSA），提供排阻，阻挡抗坏血酸（AA）、尿酸（UA）等内源性干扰物。
- 信号读出体系：三电极恒电位安培系统（SCE 参考电极、Pt 辅助电极），在 0.0 V vs SCE 下记录 H2O2 还原电流。
中文摘要
本文以碳纤维电极（CFE）替代传统铂/铂铱换能器，构建用于葡萄糖检测的微生物传感器。CFE 尺寸小（长度约250 μm、直径约10 μm），适合生理环境测量。在 CFE 表面电沉积普鲁士蓝（PB）膜，利用其电催化作用在约0.0 V（对饱和甘汞电极，SCE）低电位下检测葡萄糖氧化酶（Gox）反应产生的过氧化氢（H2O2），避免传统高电位（约0.7 V）带来的干扰和聚合反应。通过电聚合邻苯二胺聚合物（PoPD）膜提高传感器稳定性和对体内内源性干扰物（抗坏血酸、尿酸）的选择性。文章系统优化了 CFE/PB 活化、酶固定化与稳定、抗干扰膜、工作电位及 pH 影响等制备步骤，并表征灵敏度、检出限、线性范围和酶负载量。最终优化传感器 CFE/PB/PEI5%/Goxopt/PoPD 的线性灵敏度为 9.3±0.1 μA mM−1 cm−2（n=3），RSD 2%，无明显干扰，可作为中枢神经系统体内葡萄糖监测的候选器件。
英文摘要
Carbon fiber electrodes (CFEs) were used to develop microbiosensors for glucose as an alternative to the classical Pt and Pt-Ir transducers. Their low dimensions (∼250 μm CFE length and ∼10 μm diameter) are important factors for measurements in physiological environments. An electrocatalytic Prussian Blue (PB) film facilitated detection of enzyme-generated hydrogen peroxide at a low applied potential (∼0.0 V against SCE), contrasting the high potential used in many previous designs (∼0.7 V). The electrosynthesized polymer, poly-o-phenylenediamine (PoPD), was used to improve biosensor stability and selectivity against endogenous interference species, such as ascorbic and uric acids. Optimization of the fabrication procedure is described, including activation of CFE/PB, enzyme immobilization and stabilization, anti-interference films, optimizing applied potential, and pH effects. Analytical properties were also characterized such as sensitivity, LOD, linear range, and enzyme loading. Finally, an optimized biosensor displaying a linear sensitivity of 9.3±0.1 μA mM(-1) cm(-2) (n=3), a 2% RSD and free of interference, is proposed as a suitable candidate for in vivo glucose monitoring in the CNS.