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
NADH（β-烟酰胺腺嘌呤二核苷酸还原型，NADH）、乙醇（Ethanol）；样品基质为磷酸缓冲溶液（PBS，pH 6.85）水溶液
检测原理
乙醇生物传感器中，乙醇在固定于PD/CNT/GC表面的乙醇脱氢酶（ADH）催化下被氧化为乙醛，同时溶液中的NAD+作为辅因子接受电子被还原为NADH。生成的NADH扩散至电极界面，被非共价吸附在碳纳米管上的1,10-菲啰啉-5,6-二酮（PD）氧化还原介体催化氧化为NAD+，并释放电子。PD与CNT之间通过π–π及疏水作用形成紧密界面，电子经CNT快速传递至玻碳电极，在0.0 V下以安培法检测阳极电流。由于NAD+/NADH在酶催化和介体氧化之间循环再生，乙醇浓度越高，NADH生成速率越大，稳态阳极电流越大，从而实现定量检测。
检测灵敏度
NADH传感器：LOD: 1.8 μM；线性范围: 最高约500 μM；灵敏度: 8.77 mA mM^-1；kh: 7.26×10^3 M^-1 s^-1。乙醇传感器：LOD: 0.30 mM；线性范围: 最高7.0 mM；灵敏度: 10.85 nA mM^-1；KappM: 7.25 mM。
效应效果
在0.0 V、-0.05 V和-0.10 V下，尿酸（UA）、多巴胺（DA）和对乙酰氨基酚（AP）对NADH无明显干扰，但抗坏血酸（AA）在所有电位均干扰，故选0.0 V。PD/CNT/GC响应NADH约4 s，优于PD/GC的10 s；1 mM NADH平行测定RSD为2.2%，低于PD/GC的4.5%；4 ℃保存1个月后保留约73%灵敏度。乙醇传感器稳态响应约15 s，KappM为7.25 mM，保存15天后保留约75.3%灵敏度。未报告实际样品回收率或与ELISA/HPLC/qPCR对比，作者认为该平台可构建高灵敏度、低干扰NADH及乙醇传感器。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻碳电极（GC），经氧化铝抛光和清洗，提供导电基底与电化学换能界面
- 纳米材料修饰层：多壁碳纳米管（CNT）薄膜，滴涂于GC表面，形成三维多孔导电网络并增大粗糙因子
- 氧化还原介体层：1,10-菲啰啉-5,6-二酮（PD），非共价吸附于CNT表面，提供可逆氧化还原位点并催化NADH氧化
- 识别元件：乙醇脱氢酶（ADH，酿酒酵母来源），固定于PD/CNT/GC表面，催化乙醇氧化并生成NADH
- 固定/封闭剂：Nafion（0.5 wt%磷酸缓冲液稀释），与ADH混合涂覆，辅助固定酶并稳定界面
- 辅因子/电子受体：NAD+（磷酸缓冲液中加入2.5 mM），作为ADH辅因子接受乙醇电子并生成NADH
- 信号读出：CHI 660B电化学工作站，三电极体系（铂丝对电极、SSCE参比），在0.0 V进行安培检测
中文摘要
为改善碳纳米管对还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）的电催化氧化活性，作者采用非共价功能化方法将氧化还原介体1,10-菲啰啉-5,6-二酮（PD）修饰到多壁碳纳米管/玻碳电极上，构建氧化还原碳纳米管电极PD/CNT/GC。该电极对NADH氧化表现出优异电催化活性，催化反应速率常数kh为7.26×10^3 M^-1 s^-1，在0.0 V下以8.77 mA mM^-1的高灵敏度检测NADH，且干扰较小。进一步将乙醇脱氢酶（ADH）固定于PD/CNT/GC表面，构建安培型乙醇生物传感器。乙醇在ADH催化下氧化为乙醛，同时NAD+被还原为NADH；NADH在PD/CNT界面被氧化再生，产生与乙醇浓度相关的阳极电流。该乙醇传感器线性范围达7.0 mM，检出限0.30 mM，灵敏度10.85 nA mM^-1。
英文摘要
To improve the electrocatalytic activities of carbon nanotubes (CNT) towards the oxidation of nicotinamide adenine dinucleotide (NADH), we derive them with a redox mediator, 1,10-phenanthroline-5,6-dione (PD), by the noncovalent functionalization method. The redox carbon nanotubes (PD/CNT/GC) show excellent electrocatalytic activities towards the oxidation of NADH (catalytic reaction rate constant, k(h) = 7.26 × 10(3) M(-1) s(-1)), so the determination of NADH can be achieved with a high sensitivity of 8.77 μA mM(-1) under the potential of 0.0 V with minimal interference. We also develop an amperometric ethanol biosensor by integration of alcohol dehydrogenase (ADH) within the redox carbon nanotubes (PD/CNT/GC). The ethanol biosensor exhibits a wide linear range up to 7 mM with a lower detection limit of 0.30 mM as well as a high sensitivity of 10.85 nA mM(-1).