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PBS缓冲液及人肝癌细胞HepG2培养体系（细胞周围胞外液，含100 mM葡萄糖）
检测原理
传感器利用细胞色素c（cyt. c）在电沉积ZnO纳米片上的直接电子转移（DET）实现H2O2检测。ZnO纳米片提供生物相容纳米界面，使cyt. c保持血红素活性并形成准可逆氧化还原峰，形式电位为338.2 mV（vs. Ag|AgCl）。当H2O2扩散至电极表面时，与cyt. c的血红素活性中心发生催化还原反应；cyt. c将电子经ZnO纳米片和ITO基底传递至工作电极，在0.0 V（vs. Ag|AgCl）下产生可测量的阴极电流。由于工作电位较正，抗坏血酸、多巴胺等阳极干扰物不易氧化，氧气阴极还原也被抑制，因此稳态阴极电流主要随H2O2浓度增加而线性增大，无需额外信号放大。
检测灵敏度
LOD: 0.8 µM；线性范围: 1–1000 µM；灵敏度: 2.0 ± 0.1 µA cm−2 mM−1
效应效果
在0.0 V（vs. Ag|AgCl）下，传感器对AA、DA、NO2−、UA、Mandelic acid、NO3−、SO3^2−干扰可忽略；相比负电位下O2产生13.9%和9.8%阴极干扰、正电位下AA产生4.0%和6.7%阳极干扰，选择性显著。响应时间约4 s，灵敏度2.0±0.1 µA cm−2 mM−1。H2O2响应电流至少稳定1个月；5个同法电极电流偏差≤4.7%。实际样品中，3 mM PMA刺激HepG2细胞后，ZnO/cyt.c电极50 s内出现约1.8 nA阴极电流，加入500 U/mL过氧化氢酶后迅速回落至背景，裸ZnO无响应。作者认为其可用于活细胞胞外H2O2的可靠长期检测，有助于ROS生理病理研究。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：ITO导电玻璃（ITO-coated glass plate），作为导电基底和电子传输通道
- 纳米材料修饰层：电沉积六角形ZnO纳米片薄膜（ZnO nanosheets），经773 K退火，提供生物相容纳米界面并促进cyt.c直接电子转移
- 识别/催化元件：细胞色素c（cyt. c），吸附固定于ZnO表面，保留血红素活性并催化H2O2还原
- 信号标记物：无外源标记，cyt.c自身作为电催化识别元件，H2O2还原产生阴极电流
- 检测读出：CHI 660电化学工作站，配合Ag|AgCl参比电极和Pt辅助电极，在0.0 V（vs. Ag|AgCl）下安培法读出
中文摘要
本文报道了一种基于氧化锌（ZnO）纳米片的电化学生物传感器，用于检测活体癌细胞释放的过氧化氢（H2O2）。通过一步电沉积制备六角形ZnO纳米片薄膜，并将细胞色素c（cyt. c）直接固定于其表面。紫外-可见光谱和电化学结果表明，ZnO纳米片可为cyt. c提供生物相容界面，使其保持固有生物活性；cyt. c在纳米ZnO表面的形式电位为338.2 ± 4.3 mV（vs. Ag|AgCl），明显正于此前在其它金属氧化物和沸石表面获得的值。在优化工作电位0.0 V（vs. Ag|AgCl）下，该传感器对H2O2的电化学检测不仅可避免抗坏血酸（AA）、多巴胺（DA）等阳极干扰，还可避免氧气（O2）的阴极干扰。基于优异的选择性，该传感器可用于测定人肝癌细胞HepG2释放的胞外H2O2，为生理和病理条件下活性氧研究提供可靠方法。
英文摘要
In this work, direct electron transfer of cytochrome c (cyt. c)--a model for studying the electron transfer of enzymes is achieved at hexagonal ZnO nanosheets by one-step electrodeposition. UV-vis spectra and electrochemical data demonstrate that such ZnO nanosheets can supply a bio-compatible surface to keep the bioactivity of cyt. c. The redox formal potential (E(0)') of cyt. c is estimated to be 338.2+/-4.3 mV (vs. AgAgCl) at the nanostructured ZnO surface. This value is much more positive than those of enzymes previously obtained at other metal oxides and zeolite surfaces. Experiment data show, under the optimized potential of 0.0 V (vs. AgAgCl), the electrochemical determination of H(2)O(2) is free from not only anodic interferences like ascorbic acid (AA) and dopamine (DA), but also a cathodic interference-O(2). Such an excellent selectivity enable the present H(2)O(2) biosensor determine the extracellular H(2)O(2) released from living human hepatoma cells.