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：0.01 M PBS（pH 7.4）磷酸盐缓冲液
检测原理
传感器以金电极为工作电极，ZnO 纳米棒作为电子传导与酶固定平台，GOx 作为识别元件。葡萄糖扩散至 GOx 活性位点并被催化氧化：葡萄糖 + O2 在 GOx 作用下生成葡萄糖内酯和 H2O2。生成的 H2O2 在施加 0.8 V 电位下于电极表面发生氧化反应，释放电子形成阳极电流。电流大小与葡萄糖浓度相关，因此可通过安培法测定浓度。ZnO 纳米棒阵列提供较高比表面积和较直接电子通路，使 GOx 负载量更高、电子通信更直接，从而降低 H2O2 氧化起始电位并提高电流响应。生长型 ZnO 阵列因排列整齐、表面 Zn 端活性高，使酶固定更充分，灵敏度高于转移型。
检测灵敏度
转移型：LOD: 50 μM (S/N = 3)；线性范围: 0.05–5.45 mM；灵敏度: 15.46 μA/cm2/mM；R = 0.9996。生长型：LOD: 10 μM (S/N = 3)；线性范围: 0.01–5.9 mM；灵敏度: 23.43 μA/cm2/mM；R = 0.9952。
效应效果
生长型 ZnO 葡萄糖传感器性能优于转移型：灵敏度 23.43 μA/cm2/mM，较转移型 15.46 μA/cm2/mM 提高 52%；90% 稳态响应时间约 7 s，转移型约 10 s；检出限 10 μM，转移型 50 μM；线性范围 0.01–5.9 mM，转移型 0.05–5.45 mM。KappM 为 2.749 mM，低于转移型 3.097 mM，也优于文献 ZnO 钉电极 14.7 mM 和 ZnO 纳米管电极 19 mM。三个独立电极对 1 mM 葡萄糖的 RSD 为 2.4%。文中未报告选择性、抗干扰、实际样品回收率或与 ELISA 等对比。作者认为直接生长 ZnO 阵列更适合酶固定化和信号转导。
传感器的构成
- 基底电极：Au 电极（抛光金线/金电极），作为工作电极与电子传导基底
- 纳米修饰层：ZnO 纳米棒（ZnO nanorods），包括转移粉末和原位生长阵列，提供高比表面积与电子通路
- 识别元件：葡萄糖氧化酶（GOx），催化葡萄糖氧化并产生 H2O2
- 固定剂：Nafion（5 wt.%），固定 GOx 并稳定酶层
- 信号产物：过氧化氢（H2O2），在电极表面氧化产生电流信号
- 反应介质：0.01 M PBS（pH 7.4），提供缓冲环境
中文摘要
本文通过两种纳米氧化锌固定化策略构建了转移型 ZnO 葡萄糖生物传感器和原位生长型 ZnO 葡萄糖生物传感器，并系统比较不同组装过程对传感器性能的影响。以金电极为基底，分别将水热法制备的 ZnO 纳米棒粉末涂覆压实，或直接在金电极上生长 ZnO 纳米棒阵列，再依次滴加葡萄糖氧化酶（GOx）和 Nafion 固定酶层。循环伏安和安培实验表明，生长型传感器灵敏度比转移型高 52%，响应时间、检出限和线性范围也更好。该结果与生长型传感器中排列整齐的 ZnO 纳米棒阵列具有更高比表面积、更直接电子通信路径，因而负载更多 GOx 有关；而转移型传感器中 ZnO 纳米棒随机分布和堆叠。直接生长的纳米氧化锌更适合高性能生物传感器中的酶固定化和信号转导。
英文摘要
We constructed the transferred ZnO biosensor and the grown ZnO biosensor by two different nano-ZnO immobilization approaches. And the influence of different assembly processes on the biosensor performance has been systematically investigated and compared. An enhanced sensitivity of the grown ZnO biosensor is found to be 52% higher than that of the transferred ZnO biosensor. Correspondingly, the other properties are also better in the grown ZnO biosensor, including the response time, the detection limit and the linear range. These results are well consistent with the fact that more glucose oxidase is immobilized on the well-aligned ZnO arrays, which have higher specific surface area and more direct electron communication path, in the grown sensor than the randomly distributed and stacked ZnO nanorods in the transferred sensor. The nano-ZnO grown directly has been demonstrated more desirable for enzymatic immobilization and signal transduction in the high performance biosensors.