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
超氧阴离子（superoxide anion, O2•−）；样品基质：磷酸盐缓冲液（PBS，pH 7.4）
检测原理
SOD 固定于 PMMA/PANI–AuNPs 电纺复合膜中，作为识别与催化元件。当 O2•− 进入电极界面时，SOD 催化其歧化为 O2 和 H2O2，同时 SOD 活性中心 Cu2+/Cu+ 发生氧化还原循环。AuNPs 与 PANI 壳层构成导电网络，使 SOD 活性中心与 ITO 电极之间实现无介体直接电子转移（DET）。在 +300 mV 工作电位下，活性中心氧化产生阳极电流；O2•− 浓度越高，稳态氧化还原循环越快，电流越大。实验中 O2•− 由 XOD/黄嘌呤体系原位生成，其稳态浓度受生成速率与歧化速率平衡控制，因此电流随 XOD 活性增加而增加。该体系未使用 HCR、RCA 或 CRISPR 等核酸放大策略，灵敏度主要依赖高酶负载、纳米纤维高比表面积和 AuNPs 促进电子转移。
检测灵敏度
LOD: 0.3 mM（对应 XOD: 5 mU mL−1、黄嘌呤: 200 mM）；灵敏度: 42.5 mA cm−2 M−1；R^2 = 0.9944；稳态浓度与 XOD 活性平方根关系 R^2 = 0.9842
效应效果
该电极对 O2•− 的响应时间约 4 s。抗干扰方面，在 -50 mV 阴极检测时，生理水平 AA、UA、DOPAC（500 mM、50 mM、10 mM）对 1 mM O2•− 电流影响可忽略（原文记为 >0.5%）；H2O2 在 +300 mV 无响应，在 -50 mV 仅 2%。但在 +300 mV 阳极检测时，AA 和 UA 造成 >40% 偏差，说明阳极模式抗干扰有限。重现性方面，5 个同时制备电极的 RSD 为 8.64%，3 个电极连续校准的 RSD <5%。稳定性方面，PBS 4°C 保存 5 天内，前 50 h 响应保持 ±6%，之后保留约 68% 初始响应。作者认为该电极有望用于 O2•− 实时体内检测和第三代生物传感器构建。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：ITO 玻璃板（indium-doped tin oxide, ITO），作为导电基底和工作电极
- 核层/电纺纤维：PMMA 纳米纤维（poly(methyl methacrylate), PMMA），静电纺丝形成高比表面积多孔核层，提供结构支撑
- 壳层/导电聚合物修饰层：PANI（polyaniline），由苯胺在 2-萘磺酸（NSA）溶液中原位聚合形成，提供导电通道和纳米颗粒分散基质
- 纳米材料修饰层：AuNPs（gold nanoparticles），由 HAuCl4 在苯胺氧化过程中原位还原形成，分散于 PANI 壳层，促进 SOD 直接电子转移
- 识别/催化元件：SOD（superoxide dismutase, Cu-Zn SOD），固定于 PMMA/PANI–AuNPs 纤维膜，催化 O2•− 歧化并实现活性中心直接电子转移
- 信号读出/电化学体系：三电极体系（工作电极 PMMA/PANI–AuNPs/SOD–ESCFM，对电极 Pt 丝，参比电极 Ag/AgCl），在 PBS 中完成安培/循环伏安检测
中文摘要
本文报道了一种用于磷酸盐缓冲液（PBS）中超氧阴离子（O2•−）检测的新型复合纳米纤维电极。该电极由聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）–聚苯胺（PANI）核壳电纺纳米纤维制备，并在纤维表面分散金纳米颗粒（AuNPs），形成 PMMA/PANI–AuNPs 电纺复合功能膜（ESCFM）。该结构具有高比表面积、多孔结构和良好生物相容性，为超氧化物歧化酶（SOD）固定化提供了有利微环境。循环伏安结果表明，SOD 活性中心（SOD–Cu2+/Cu+）与电极之间实现无介体直接电子转移，电子转移速率常数为 8.93 s−1。在 +300 mV 工作电位下，PMMA/PANI–AuNPs/SOD–ESCFM 对 O2•− 表现出高灵敏检测能力，并可定量不同 SOD 的清除活性。这些分析特性表明该复合纳米纤维电极具有构建第三代 O2•− 生物传感器的潜力，可用于生物体系中活性氧的实时监测。
英文摘要
In the present communication, a novel composite nanofibrous electrode is developed for the detection of superoxide anion (O(2)˙(-)) in phosphate buffered saline (PBS). The composite fiber electrode is fabricated by dispersing gold nanoparticles onto poly(methyl methacrylate) (PMMA)-polyaniline (PANI) core-shell electrospun nanofibers. The constructed architecture is proven to be a favorable environment for the immobilization of the enzyme, superoxide dismutase (SOD). Direct electron transfer is achieved between SOD and the electrode with an electron transfer rate constant of 8.93 s(-1). At an applied potential of +300 mV, PMMA/PANI-Au(nano)/SOD-ESCFM shows highly sensitive detection of O(2)˙(-). In addition to this, quantification of different activities of SOD is realized at PMMA/PANI-Au(nano)/SOD-ESCFM. These analytical features offer great potential for construction of the third-generation O(2)˙(-) biosensor.