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），样品基质为磷酸盐缓冲液（PBS, pH 7.0）
检测原理
Mb 通过醛基化 MCFs 介孔内的共价键固定，保留天然构象，其血红素 Fe 中心与 GC 电极之间发生直接电子转移，形成可逆的 Mb–FeIII/FeII 氧化还原峰。当 H2O2 扩散进入 MCFs 大孔并接触 Mb 时，Mb 催化 H2O2 还原，自身在 FeIII/FeII 之间循环，电子经 MCFs 和 GC 电极传递，产生随 H2O2 浓度增大的电催化还原电流 Icat。MCFs 的超大介孔提高 Mb 负载并降低传质阻力，Nafion 封装增强稳定性，从而实现高灵敏度电化学检测。
检测灵敏度
LOD: 1.2 μM (S/N=3)；线性范围: 3.5–245.0 μM；灵敏度: 0.426 A cm−2 M−1
效应效果
该电极对 245.0 μM H2O2 的连续四次测量 RSD 为 3.5%；在 1000 mV s−1 下氧化还原峰电流的 RSD 为 3.3%（n=4），重现性良好。热稳定性方面，85 °C 加热 20 min 后仍保留 82.5% 初始电流，而游离 Mb 在 85 °C 5 min 后失活超过 50%。4 °C 干燥保存 20 d 后对 100 μM H2O2 的响应保留约 95%。作者指出其线性范围宽于已报道 Mb 电极，灵敏度优于 Al2O3 溶胶–凝胶膜固定 Mb 的电极，可作为第三代生物传感器平台。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GC electrode），经氧化铝抛光和酸/溶剂超声清洗，作为工作电极提供电子传导与信号读出。
- 纳米材料修饰层：介孔细胞泡沫（mesopores cellular foams, MCFs），具有 25–34 nm 大介孔，提供高负载蛋白的三维孔道与低传质阻力。
- 功能化修饰层：3-氨基丙基三甲氧基硅烷（APTMS）氨基化 MCFs（AFMCFs）及戊二醛醛基化 MCFs，提供共价固定 Mb 的醛基位点。
- 识别/催化元件：肌红蛋白（myoglobin, Mb），共价结合于醛基化 MCFs 介孔内，作为氧化还原蛋白和 H2O2 电催化剂。
- 封装/封闭层：Nafion 溶液（5%，10 μL）包覆 Mb–MCFs，固定电极材料并防止蛋白/载体脱落。
- 电化学介质与电极体系：磷酸盐缓冲液（PBS, pH 6.5/7.0）作为电解液，饱和 Ag/AgCl 为参比电极，铂丝为对电极。
中文摘要
本文首次将肌红蛋白（Mb）共价固定于介孔细胞泡沫（MCFs）中，制备 Mb–MCFs/GC 蛋白电极，用于研究氧化还原蛋白的直接电化学行为。紫外–可见光谱和傅里叶变换红外光谱结果表明，共价固定的 Mb 较好地保留了天然二级结构，并具有良好的稳定性。循环伏安法显示 Mb–MCFs/GC 电极具有近乎可逆的氧化还原峰，表明 Mb–FeIII/FeII 中心实现了直接电子转移。该电极对过氧化氢（H2O2）表现出良好的电催化还原活性，具有较高灵敏度、良好热稳定性和长期稳定性。该工作通过简单共价方法将介孔细胞泡沫与氧化还原蛋白结合，为第三代生物传感器的构建提供了新型高效平台。
英文摘要
Myoglobin (Mb) was firstly covalently immobilized into mesopores cellular foams (MCFs) to fabricate the protein electrode (Mb-MCFs/GC electrode) and study the direct electrochemistry of redox protein. The results of UV-vis and FTIR spectra illustrated that the covalently immobilized Mb well retained its native structure and presented good stability. Cyclic voltammetry of Mb-MCFs/GC electrode showed nearly reversible cyclic voltammetric peaks, indicating the direct electron transfer of Mb-FeIII/FeII. In addition, Mb-MCFs/GC electrode exhibited favorable electrocatalytic reduction to H2O2 with high sensitivity, good thermal and long-time stability. Such an avenue, which integrated mesopores cellular foams and redox protein via a simple covalent method, may provide a novel and efficient platform for the fabrication of the third generation biosensor.