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（还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，1,4-dihydronicotinamide adenine dinucleotide）；样品基质为 0.1 M bis–tris/磷酸盐/Tris 缓冲液中的 NADH 溶液（流注射分析）。
检测原理
在 +290 mV vs NHE 恒电位下，Os 氧化还原聚合物保持氧化态。NADH 扩散进入由 PEGDGE 交联的 Os 聚合物水凝胶，被 DI 催化氧化为 NAD+，同时 DI 活性位点获得电子。电子经 Os 聚合物线接传递至石墨电极，SWCNTs 作为导电网络缩短电子传输路径并提高界面电荷转移效率，使安培氧化电流随 NADH 浓度增加而增大。由于 DI 催化和聚合物电子介导，NADH 无需在裸电极上高过电位直接氧化；在较高 NADH 浓度下，电流主要受 NADH 扩散控制，因此信号与浓度呈线性关系。作者认为灵敏度增强主要来自 SWCNTs 的结构与电学性质，而非酶部分展开。
检测灵敏度
LOD: 1 μM；线性范围: 5 μM–7 mM；最大灵敏度: 47 nA μM−1 cm−2
效应效果
与未加 SWCNTs 的 DI/Os 聚合物电极相比，混合不同供应商未处理 SWCNTs 后 1 mM NADH 氧化电流分别提高 1.3、2 和 2.5 倍；氧化缩短并按长度分级后，第 4 和第 5 分数表现最佳，电流较未处理 SWCNTs 体系再提高近 2 倍，较无 SWCNTs 体系提高 5 倍。作者指出该体系检出限较已报道 DI/Os 聚合物/碳纳米管糊状电极低 5 倍，线性动态范围更大、灵敏度更高，且工作电位较低（+290 mV vs NHE）。控制实验表明无 DI 或无 Os 聚合物时均无电催化电流，说明响应来自酶-聚合物-SWCNTs 协同而非金属杂质或纳米管直接催化。高浓度 NADH 下电流受扩散限制，显示电催化效率高。
传感器的构成
- 基底电极：抛光光谱石墨电极（spectrographic graphite electrode），作为换能器与电子传导基底。
- 纳米修饰层：氧化缩短并按长度分级的单壁碳纳米管（SWCNTs），增强电荷传输并提高安培响应。
- 生物催化识别层：二氢吡啶核苷酸脱氢酶（diaphorase, DI），催化 NADH 氧化为 NAD+ 并传递电子。
- 电子介导层：聚(乙烯吡啶)-[锇-(N,N′-甲基化-[2,2′]-双咪唑啉)3]2+/3+（Os redox polymer），将 DI 活性位点电子线接至电极。
- 交联固定层：聚乙二醇二缩水甘油醚（PEGDGE），交联形成水凝胶以固定 DI 与 Os 聚合物。
中文摘要
本研究考察了单壁碳纳米管（SWCNTs）在安培生物传感器中提高灵敏度的效应与其平均长度分布的关系。为此，作者先对 SWCNTs 进行氧化缩短，再通过尺寸排阻色谱按长度分离，并采集不同长度分级的透射电镜图像。将“线接”到锇氧化还原聚合物中的二氢吡啶核苷酸脱氢酶（DI）与不同长度的缩短 SWCNTs 混合，构建安培生物传感器模型体系，用于检测 1,4-二氢烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）的氧化。结果表明，SWCNTs 的平均长度显著影响传感器灵敏度，与未加 SWCNTs 的体系相比，灵敏度最高可提高 5 倍，其中中等长度 SWCNTs 表现最佳。NADH 检测线性范围为 5 μM–7 mM，最大灵敏度为 47 nA μM−1 cm−2，检出限为 1 μM。该生物传感器表现出优异的电催化性能，即使在较高 NADH 浓度下，氧化电流仍主要受 NADH 扩散速率限制。
英文摘要
In this work the sensitivity-increasing effect of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) in amperometric biosensors, depending on their average length distribution, was studied. For this purpose the SWCNTs were oxidatively shortened and subsequently length separated by size exclusion chromatography. Transmission electron micrographs of different fractions of SWCNTs were collected. Diaphorase "wired" to an osmium redox polymer was blended with the shortened SWCNTs of different lengths. Depending on the average length of the SWCNTs the sensitivity of the amperometric biosensor model system towards oxidation of 1,4-dihydronicotinamide adenine dinucleotide (NADH) was increased by a factor of five. The best performance was achieved with SWCNTs of medium length. The linear range for NADH detection was between 5 microM and 7 mM, the maximum sensitivity was 47 nA microM(-1) cm(-2), and the detection limit was 1 microM. The biosensor exhibited excellent electrocatalytic properties. Even at relatively high NADH concentrations the oxidative current was limited by the diffusion rate of NADH.