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 缓冲液、人血清（human serum）
检测原理
葡萄糖氧化酶（GOD）固定于薄壁石墨纳米笼修饰的玻璃碳电极上，纳米笼的高石墨化介孔结构促进 GOD 活性中心 FAD/FADH2 与电极间的直接电子转移，电子转移速率常数达5.84 s-1。检测时，葡萄糖与 GOD 结合并被催化氧化，FAD 被还原为 FADH2，随后电子经石墨纳米笼传递至电极；在-0.5 V恒电位下，葡萄糖氧化与溶解氧还原竞争进行，溶解氧的存在增强安培响应。随着葡萄糖浓度升高，稳态电流变化增大，在0.02–6.2 mM范围内呈线性，响应时间约5 s。该机制无需外加电子媒介体，依靠纳米笼导电网络实现低电位酶催化信号放大。
检测灵敏度
LOD: 8 µM (S/N = 3)；线性范围: 0.02–6.2 mM；灵敏度: 13.3 µA mM-1 cm-2
效应效果
该传感器在0.1 M空气饱和PBS中对葡萄糖的响应时间约5 s，灵敏度为13.3 µA mM-1 cm-2，线性范围0.02–6.2 mM。对人血清样品（标称葡萄糖浓度5.85 mM）检测得到5.88 mM，未报告加标回收率，但与产品说明书一致，表明实际样品测量准确。多巴胺、抗坏血酸、对乙酰氨基酚和尿酸在0.1 mM生理相关浓度下均产生可忽略响应，显示良好抗干扰性。连续安培测量3 h、每5天间隔测试并4 °C保存，4周内保留95%原始响应；10次连续测量RSD为4.1%，8个传感器间RSD不超过6.8%。论文未给出与ELISA等方法的直接数值对比，但作者将其与其他葡萄糖生物传感器比较，认为该平台可用于临床葡萄糖检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE），提供导电基底并用于恒电位安培信号读出
- 纳米材料修饰层：薄壁石墨纳米笼（thin-walled graphitic nanocages），具石墨层间距约0.34 nm、比表面积613 m2 g-1、介孔3–20 nm，促进 GOD 固定与电子转移
- 识别元件：葡萄糖氧化酶（GOD），固定于薄壁石墨纳米笼上，催化葡萄糖氧化并保持天然构象
- 信号标记物：无外加标记物；GOD 辅基 FAD/FADH2 作为内源氧化还原位点参与直接电子转移
- 电子供体/底物：葡萄糖（glucose），被 GOD 氧化并驱动安培电流变化
- 电子受体/介质：溶解氧（O2）与 PBS 缓冲液（pH 7.0），参与竞争性氧还原并维持酶活性
中文摘要
本文合成了一种具有发育良好石墨结构、高比表面积和显著介孔结构的薄壁石墨纳米笼材料，并将其用于构建安培葡萄糖生物传感器。该材料比表面积达613 m2 g-1，介孔孔径主要分布在3–20 nm，可为葡萄糖氧化酶（GOD）固定提供良好基质。GOD 固定于石墨纳米笼修饰的玻璃碳电极上后，仍保持天然二级结构，并实现活性中心 FAD/FADH2 的直接电子转移，电子转移速率常数为5.84 s-1。在-0.5 V恒电位安培检测中，传感器对葡萄糖表现出高且可重复的灵敏度13.3 µA mM-1 cm-2、线性动态范围0.02–6.2 mM和约5 s的快速响应。该传感器可准确检测人血清中的葡萄糖，并对多巴胺、抗坏血酸、对乙酰氨基酚和尿酸等常见干扰物具有有效区分能力。
英文摘要
A thin-walled graphitic nanocages material with well-developed graphitic structure, large specific surface area and pronounced mesoporosity was synthesized and used to construct a sensing interface for an amperometric glucose biosensor, showing a high and reproducible sensitivity of 13.3 μA mM(-1) cm(-2), linear dynamic range of 0.02-6.2 mM, and fast response time of 5 s. It was successfully used to accurately detect glucose in human serum with effective discrimination to common interference species such as dopamine, ascorbic acid, acetaminophen, and uric acid.