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
儿茶酚（catechol）、苯酚（phenol）、双酚A（bisphenol A, BPA）、3-氨基苯酚（3-aminophenol, 3AP）；样品基质：PBS缓冲液（文中亦提及环境水样、工业废水和食品样品）
检测原理
该传感器为无介质安培型。酪氨酸酶作为识别/催化元件，催化儿茶酚、苯酚、双酚A和3-氨基苯酚等酚类化合物发生羟基化与氧化，生成邻醌类产物。在−0.2 V工作电位下，邻醌在CFPP电极表面被直接电化学还原，产生还原电流；电流大小随酚类浓度增加而增大，从而实现定量检测。氮等离子体处理在CFP表面引入含氧和含氮官能团，提高亲水性并增强电子转移速率（k0=7.2×10−3 cm s−1），使铁氰化钾体系呈准可逆行为，降低界面阻抗并提高灵敏度。该设计无需电子介质，依靠酶催化产物直接电化学还原产生信号。
检测灵敏度
LOD: 儿茶酚(catechol) 2 nM；苯酚(phenol) 5 nM；双酚A(BPA) 5 nM；3-氨基苯酚(3AP) 12 nM (S/N ≥3)
线性范围: 儿茶酚(catechol) 1.0×10−8–1.5×10−5 M (R^2=0.997)；苯酚(phenol) 1.0×10−8–1.5×10−5 M (R^2=0.996)；双酚A(BPA) 1.0×10−8–1.0×10−6 M (R^2=0.998)；3-氨基苯酚(3AP) 2.0×10−8–1.0×10−6 M (R^2=0.999)
灵敏度: 儿茶酚(catechol) 17.8 μA μM−1 cm−2；苯酚(phenol) 7.1 μA μM−1 cm−2；双酚A(BPA) 5.2 μA μM−1 cm−2；3-氨基苯酚(3AP) 3.7 μA μM−1 cm−2
灵敏度（Table 1）: 儿茶酚(catechol) 3740 μA mM−1；苯酚(phenol) 1490 μA mM−1
效应效果
传感器对50 nM BPA和1 μM catechol连续10次测量的RSD分别为2.87%和2.85%，重复性良好；响应时间约10 s（phenol、catechol）、20 s（BPA）和18 s（3AP）。与SPCE基酪氨酸酶传感器相比，CFP基传感器灵敏度更高（catechol 17.8 vs 1.38 μA μM−1 cm−2；phenol 7.1 vs 1.1 μA μM−1 cm−2），检出限更低（2 vs 20 nM；5 vs 20 nM），线性范围更宽。与已有无介质酪氨酸酶传感器相比，其对phenol和catechol的灵敏度分别为1490和3740 μA mM−1，检出限为5和2 nM，响应时间10 s。在−0.2 V工作电位下可避免部分电活性杂质干扰。作者认为CFP电极有望用于环境、工业废水和食品样品中酚类污染物的快速现场筛查，但指出其易碎和成本较高是商业化限制。
传感器的构成
- 支撑基底：塑料条（supporting plastic strip），承载电极并便于装配
- 导电连接层：铜箔胶带（copper foil adhesive tape），连接 CFP 与外部电路
- 绝缘层：特氟龙胶（Teflon glue），覆盖非工作区防止杂散反应
- 工作电极：碳纤维纸（CFP，TGP-H-060），经氮等离子体处理后形成 CFPP，作为高电子转移换能器
- 识别/催化元件：酪氨酸酶（tyrosinase，EC 1.14.18.1），催化酚类氧化生成邻醌
- 固定稳定层：聚乙烯醇吡啶鎓甲基硫酸盐（PVA-SbQ），包埋并稳定酪氨酸酶，经光聚合固化
- 交联剂：戊二醛（glutaraldehyde）蒸气，4 °C 下交联固定酶
- 三电极体系：Ag/AgCl 参比电极与铂化对电极，提供电位基准和电流回路
中文摘要
本文报道了一种以碳纤维纸（CFP）为工作电极的无介质安培生物传感器。CFP 常用作燃料电池扩散层，经氮等离子体处理后，其对铁氰化钾氧化还原对呈现准可逆行为，电子转移速率常数为 7.2×10−3 cm s−1，约为铂电极的 2 倍，并显著高于多种碳基电极。作者将酪氨酸酶固定于处理后 CFP 表面，构建了用于酚类化合物检测的无介质酪氨酸酶生物传感器。该传感器最佳工作电位为 −0.2 V，最佳操作 pH 为 6.5。与已有无介质酪氨酸酶传感器相比，其对儿茶酚、苯酚、双酚 A 和 3-氨基苯酚的灵敏度分别为 17.8、7.1、5.2 和 3.7 μA μM−1 cm−2，检出限分别为 2、5、5 和 12 nM。传感器还具有良好重复性、约 10 s 的快速响应以及较宽的线性动态范围。
英文摘要
Carbon fiber paper (CFP), a material frequently used as the diffusion layer in fuel cells, was found recently to exhibit a potential as an electrode for the development of sensitive, unmediated biosensors. After nitrogen plasma treatment, the CFP exhibited a quasi-reversible behavior to the redox couple (e.g., ferricyanide) with an electron transfer rate constant of 7.2 × 10(-3)cms(-1). This rate constant is approximately double that of a Pt-electrode and is much higher than that of many carbon-based electrodes. The unmediated CFP-based tyrosinase biosensor fabricated for this study exhibited an optimal working potential and operating pH value of -0.2V and 6.5, respectively. Compared to other unmediated tyrosinase biosensors, the CFP-based tyrosinase biosensor offers a high sensitivity for the monitoring of phenolic compounds (17.8, 7.1, 5.2 and 3.7 μA μM(-1)cm(-2) for catechol, phenol, bisphenol and 3-aminophenol, respectively). The lowest detection limit for catechol, phenol, bisphenol and 3-aminophenol was 2, 5, 5 and 12 nM, respectively. Furthermore, this biosensor exhibited a good repeatability, a fast response time (around 10s), and a wide linear dynamic range of detection for phenolic compounds.