组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
葡萄糖（Glucose，d-葡萄糖）；样品基质：人血浆、PBS缓冲液
检测原理
G–CdS纳米复合修饰的玻碳电极通过简单滴涂固定葡萄糖氧化酶（GOD），Nafion形成阻隔膜。GOD的FAD/FADH2活性中心与电极之间发生直接电子转移，表现为可逆氧化还原峰。在含溶解氧的PBS中，还原态GOD（GOD-FADH2）可电催化还原O2，产生还原电流。加入葡萄糖后，GOD催化葡萄糖氧化，使GOD氧化态比例增加、还原态GOD对O2的电催化还原电流降低。葡萄糖浓度越高，电流降低值ΔI越大，从而通过电化学分析仪读取ΔI实现定量。G–CdS的协同效应加速电子转移，Nafion抑制干扰物扩散。
检测灵敏度
LOD: 0.7 mM (S/N = 3)；线性范围: 2.0–16 mM；灵敏度: 1.76 μA mM−1 cm−2；R^2 = 0.996
效应效果
该传感器对5.0 mM葡萄糖重复6次检测RSD为5.3%，5个独立制备电极RSD为4.2%；连续扫描30次后保留92%初始响应，4 ℃ PBS中保存30天仍保留93%。抗干扰方面，0.5 mM尿酸和0.1 mM抗坏血酸无明显干扰，0.1 mM对乙酰氨基酚使5.0 mM葡萄糖还原电流增加4.7%。人血浆样品测得葡萄糖4.9 mM，加标回收率92.2%–105.1%。其灵敏度1.76 μA mM−1 cm−2高于单壁碳纳米管、多壁碳纳米管及介孔碳泡沫电极，Km为1.6 mM，表明酶活性与亲和力较好，适用于临床血糖检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻碳电极（GCE），经砂纸和1.0、0.3、0.05 μm氧化铝抛光，提供电子转移基底
- 纳米材料修饰层：石墨烯–CdS纳米复合（G–CdS，石墨烯含量4.6%，CdS纳米晶平均直径12 nm），提供高导电、大比表面和协同电子转移微环境
- 阻隔/成膜层：Nafion（5 wt%溶液），与G–CdS混合成膜，形成惰性电子/质量传递阻隔层
- 识别/催化元件：葡萄糖氧化酶（GOD，EC 1.1.3.4，35.3 U/mg），固定于G–CdS/Nafion膜中，催化葡萄糖氧化并发生直接电子转移
- 内源信号元件：GOD辅因子FAD/FADH2，发生两电子两质子直接电子转移并电催化还原溶解氧
- 工作介质：0.05 M PBS（pH 7.4），维持酶活性与电化学环境
- 读出装置：CHI660B电化学分析仪，三电极体系（Ag/AgCl参比电极、铂丝对电极），输出电流信号
中文摘要
本文报道了将石墨烯基复合材料与酶结合以增强生物传感器性能的策略。作者利用石墨烯–CdS（G–CdS）纳米复合材料作为新型酶固定化基质，并以葡萄糖氧化酶（GOD）为模型酶。与单独使用石墨烯片或CdS纳米晶相比，G–CdS纳米复合材料对GOD表现出优异的直接电子转移性能，电子转移速率常数ks达5.9 s−1，这归因于石墨烯片与CdS纳米晶之间的协同效应。在此基础上，基于还原态GOD对溶解氧电催化响应随葡萄糖加入而降低，构建了葡萄糖生物传感器。该传感器在2.0–16 mM范围内呈良好线性，检出限为0.7 mM，并能有效抑制干扰物质影响，适用于实际样品中葡萄糖的测定。结果表明，该固定化基质不仅可用于固定GOD，还可拓展至其他酶和生物活性分子，为生物传感器开发提供了有前景的平台。
英文摘要
Integrating graphene-based composites with enzyme provides a potent strategy to enhance biosensor performance due to their unique physicochemical properties. Herein we report on the utilization of graphene-CdS (G-CdS) nanocomposite as a novel immobilization matrix for the enzymes, which glucose oxidase (GOD) was chosen as model enzyme. In comparison with the graphene sheet and CdS nanocrystal, G-CdS nanocomposite exhibited excellent electron transfer properties for GOD with the rate constant (k(s)) of 5.9 s(-1) due to the synergy effect of graphene sheet and CdS nanocrystals. Further, based on the decrease of the electrocatalytic response of the reduced form of GOD to dissolved oxygen, the obtained glucose biosensor displays satisfactory analytical performance over an acceptable linear range from 2.0 to 16 mM with a detection limit of 0.7 mM, and also prevents the effects of interfering species, which is suitable for glucose determination by real samples. These results mean that this immobilization matrix not only can be used for immobilizing GOD, but also can be extended to other enzymes and bioactive molecules, thus providing a promising platform for the development of biosensors.