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，PBS）、L-谷氨酸（L-glutamate，PBS/氧饱和PBS）
检测原理
PtNP/NAE 电极在 0.65 V vs Ag/AgCl 下直接电氧化 H2O2，反应为 H2O2 → 2H+ + O2 + 2e−，产生的电子形成安培电流，电流随 H2O2 浓度升高而增大。谷氨酸检测时，固定于电极表面的 GlutOx 催化 L-谷氨酸与 O2 反应生成 2-氧代戊二酸、NH3 和 H2O2；生成的 H2O2 扩散至 PtNP 表面并被电氧化，从而将谷氨酸浓度转换为电流信号。Au NAE 的有序三维结构增大有效面积并缩短扩散路径，PtNP 提供电催化活性位点，BSA/Nafion/戊二醛固定酶并维持活性。该体系无需介质，谷氨酸响应在 0.8 mM 内线性，高浓度下因酶饱和而趋于平台。
检测灵敏度
H2O2: LOD: 1 μM (S/N = 3)；线性范围: 0.02–20 mM；灵敏度: 194.6 ± 9.2 μA mM−1 cm−2；R^2 = 0.9847；t90: 11 s。L-谷氨酸: LOD: 14 μM；线性范围: 至 0.8 mM；灵敏度: 10.76 μA mM−1 cm−2；t90: 4.6 s。
效应效果
该电极无需酶或介质即可检测 H2O2，灵敏度较 Au NAE 高 24 倍、较平金电极高 82 倍，t90 为 11 s；200 μM H2O2 的电极内 RSD 为 5.96%、电极间 RSD 为 9.45%（n=3）。谷氨酸传感器 t90 为 4.6 s，响应快于多数报道；200 μM 谷氨酸的电极内 RSD 为 3.23%、电极间 RSD 为 6.65%（n=3）。4 °C PBS 中保存 2 周仍保留 98% 初始活性。谷氨酸灵敏度 10.76 μA mM−1 cm−2，高于文献报道的 0.001–1.43 μA mM−1 cm−2。作者认为该平台适合一次性、快速、高灵敏谷氨酸检测，后续将用于实际样品。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：透明金溅射聚合物薄膜与金纳米线阵列（Au NAE），提供电连接与三维导电基底
- 纳米材料修饰层：铂纳米粒子（PtNP），电沉积于 Au NAE 表面，平均粒径约20 nm，催化 H2O2 氧化
- 识别元件：谷氨酸氧化酶（GlutOx），特异性催化 L-谷氨酸氧化生成 H2O2
- 固定/交联层：牛血清白蛋白（BSA）、Nafion 和戊二醛（glutaraldehyde），交联固定 GlutOx 并稳定酶活性
- 信号分子：过氧化氢（H2O2），酶促反应产物，在 PtNP 表面电氧化产生电流
- 信号读出：恒电位仪（CHI 660C/Versastat 3F）在 0.65 V vs Ag/AgCl 下安培检测电流
中文摘要
本文报道了一种基于铂纳米粒子（PtNP）修饰有序三维金纳米线阵列电极（PtNP/NAE）的一次性电化学传感平台，用于过氧化氢（H2O2）和谷氨酸的安培检测。PtNP 通过电沉积法制备于阳极氧化铝模板诱导的金纳米线表面，平均粒径约 20 nm，并经扫描电镜和循环伏安法表征。PtNP/NAE 无需酶或介质即可直接电氧化 H2O2，在 20 °C 下灵敏度为 194.60 μA mM−1 cm−2，线性响应可达 20 mM，检出限为 1 μM（S/N=3）。进一步以牛血清白蛋白（BSA）、Nafion 和戊二醛交联固定谷氨酸氧化酶（GlutOx），构建谷氨酸生物传感器。在生理 pH 下，该传感器对谷氨酸的灵敏度为 10.76 μA mM−1 cm−2，线性范围可达 0.8 mM。该平台具有三维有序结构、高比表面积和快速响应特点，为一次性高灵敏谷氨酸检测提供了新策略。
英文摘要
Novel electrochemical platform based on Pt nanoparticle modified ordered three-dimensional gold nanowire arrays (PtNP/NAEs) for the amperometric sensing of H(2)O(2) and glutamate is developed. Pt nanoparticle (PtNP) is fabricated by electrodeposition onto the 3D nanowires and characterised using scanning electron microscopy (SEM) and cyclic voltammetry. The deposited nanoparticles have an average size of 20 nm. The PtNP/NAE shows a linear response of up to 20 mM for H(2)O(2) detection with a sensitivity of 194.60 μA mM(-1) cm(-2) at 20°C. It can detect 1 μM (S/N=3) of H(2)O(2) at normal condition without using any enzyme or mediator. Analytical performance of this electrode is tested by immobilising glutamate oxidase (GlutOx) through cross-linking in the matrix of bovine serum albumin (BSA), Nafion and glutaraldehyde. At physiological pH, the biosensor showed the sensitivity of 10.76 μA mM(-1) cm(-2), with a linear range of up to 0.8 mM.