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），样品基质为磷酸盐缓冲液（PBS，0.05 M，pH 7.0）
检测原理
该传感器以 BGMC 修饰 GCE，GOx 通过基质吸附固定于 BGMC 介孔中。葡萄糖进入膜内后被 GOx 催化氧化为葡萄糖内酯，GOx(FAD) 被还原为 GOx(FADH2)；在空气饱和 PBS 中，溶解 O2 作为天然电子介质氧化 GOx(FADH2)，使 GOx 再生并生成 H2O2。H2O2 在 0.6 V（vs. SCE）发生电化学氧化，释放电子形成安培电流。BGMC 的三维有序介孔、高比表面积、低导电各向异性和边缘缺陷位点提高了 GOx 负载量与异相电子转移速率，使电流随葡萄糖浓度增加而增大，线性响应达 7.49 mM。
检测灵敏度
LOD: 1.0 × 10−5 M (S/N = 3)；线性范围: 至 7.49 mM；灵敏度: 52.5 nA mM−1；R = 0.995
效应效果
在 0.05 M PBS（pH 7.0）中，传感器对 1.0 mM 葡萄糖连续 6 次加入的相对标准偏差为 6.8%，4 ℃保存 30 天后仍保持 95% 的初始电流响应，表明重现性和稳定性较好。其表观 Michaelis–Menten 常数（kapp_m）为 2.77 mM，低于 GOx/CNT/壳聚糖的 8.2 mM 和 GOx/SWCNHs/Nafion 的 8.5 mM，说明固定化 GOx 对葡萄糖亲和力更高、酶活性保持较好。GOx/BGMC 的表观异相电子转移速率常数为 9.4 s−1，高于 2D-CMM、3D-CMM 和 SWNTP 体系。文中未报告实际样品加标回收率及选择性/抗干扰数据。作者认为 BGMC 可作为碳基电化学生物传感器的有效电子促进材料。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE），提供导电基底与电子转移界面
- 纳米材料修饰层：双连续旋晶面介孔碳（BGMC），以 KIT-6 为模板、蔗糖或酚醛树脂为碳源，提供高比表面积三维介孔通道并促进电子转移
- 成膜辅助层：Nafion 全氟离子交换树脂（0.5%），分散 BGMC、辅助成膜并固定蛋白
- 识别元件：葡萄糖氧化酶（GOx），催化葡萄糖氧化并作为生物催化识别元件
- 信号介质：溶解氧（O2）与过氧化氢（H2O2），O2 介导 GOx 再生，H2O2 在电极氧化产生电流
- 缓冲介质：磷酸盐缓冲液（PBS，0.05 M，pH 7.0），维持酶活性与离子环境
中文摘要
本文报道了一种将氧化还原蛋白包埋于双连续旋晶面介孔碳（BGMC）纳米复合膜中的策略，并研究葡萄糖氧化酶（GOx）和肌红蛋白（Mb）的准可逆电子转移及生物催化活性。以 KIT-6 介孔二氧化硅为模板、蔗糖或酚醛树脂为碳源合成的 BGMC 具有三维有序介孔结构、高比表面积和较低导电各向异性，有利于蛋白固定和异相电子转移。固定化 GOx 的表观异相电子转移速率常数最高达 9.4 s−1，明显高于碳纳米管及部分常规介孔碳体系。基于 BGMC 的葡萄糖生物传感器可在 0.6 V（vs. SCE）电位下测定葡萄糖，检出限为 1.0×10−5 M（S/N=3），线性响应达 7.49 mM，灵敏度为 52.5 nA mM−1。此外，作者设计合成了一系列不同孔径的 BGMC，考察孔径和碳源对氧化还原蛋白固定化及电子转移的影响。
英文摘要
A strategy of protein-entrapment in bicontinuous gyroidal mesoporous carbon (BGMC) nanocomposite films is described. Herein, the quasi-reversible electron transfer of redox proteins (such as glucose oxidase and myoglobin) is probed and the associated biocatalytic activity is revealed. The apparent heterogeneous electron transfer rate constant of the immobilized glucose oxidase is up to 9.4 s(-1), much larger than those in carbon nanotubes and some conventional mesoporous carbons. The BGMC based glucose biosensor enables the determination of glucose at a potential of 0.6 V (vs. SCE). Its detection limit is 1.0×10(-5) M (signal-to-noise ratio, S/N=3), the linear response is up to 7.49 mM and the detection sensitivity is 52.5 nA mM(-1) Furthermore, a series of BGMCs with different pore sizes is designed and synthesized using sucrose or phenol formaldehyde resin to study the influences of pore sizes and carbon sources on the immobilization of redox proteins and on the heterogeneous electron transfer.