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
过氧化氢（H2O2，PBS 缓冲液、商业眼药水稀释液）、三氯乙酸（TCA，PBS 缓冲液、自来水加标样）
检测原理
HRP 通过静电作用嵌入带正电荷的 Ni–Al LDHNS 层间，保持天然构象并使氧化还原中心靠近 GCE。在 PBS 中，HRP 的血红素铁中心发生直接电子转移：HRP–Fe(III)+H+ + e− ⇌ HRP–Fe(II)。当 H2O2 或 TCA 存在时，HRP 催化其还原，消耗 HRP–Fe(II) 并再生 HRP–Fe(III)，使还原峰电流随底物浓度增加而增大；高浓度下电流趋于饱和，符合 Michaelis–Menten 动力学。该过程无需外加介体或信号标记，依靠 LDHNS 的有序层间微环境和多孔结构降低传质阻力，实现第三代直接电化学酶传感。
检测灵敏度
H2O2: LOD: 4.00 × 10−7 M；线性范围: 6.00 × 10−7 M–1.92 × 10−4 M；灵敏度斜率: 0.0167 µA/µM；R^2 = 0.999 (n = 18)
TCA: 线性范围: 9.90 × 10−6 M–5.02 × 10−4 M；灵敏度斜率: 0.000976 µA/µM；R^2 = 0.999 (n = 8)
效应效果
该传感器选择性良好：Fe3+、SO4^2-、抗坏血酸、Cl-、ClO3- 在 10 倍 TCA 浓度下无显著干扰；酚同浓度使峰电流增加约 10%，可用 PbO2 涂层消除。连续循环伏安 100 圈响应几乎不变；连续工作 5 h 对 20 µM H2O2 响应下降 8.0%，灵敏度下降 7.1%；4 ℃干燥保存 1 个月保留 93.0%。同批 5 个电极对 20 µM H2O2 的 RSD 为 5.0%。商业眼药水 H2O2 测得 0.886±0.004 M，接近标称 0.882 M；自来水加 100 µM TCA 回收率 103%（n=4）。与 TiO2 纳米粒子、层状钛酸盐和阳离子铝硅酸盐固定 HRP 相比，线性范围更宽、检测限更低、KappM 更小（0.262±0.005 mM），适合构建第三代生物传感器。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE），提供电子传导与电化学信号读出
- 纳米材料修饰层：Ni–Al 层状双氢氧化物纳米片（Ni–Al LDHNS），正电荷层间通过静电作用固定 HRP，形成有序多孔膜并促进直接电子转移
- 识别/催化元件：辣根过氧化物酶（HRP），嵌入 LDHNS 层间，催化 H2O2 和 TCA 还原，实现直接电化学响应
- 封膜/稳定层：聚乙烯醇缩丁醛（PVB），浸涂增强膜附着力与稳定性
中文摘要
本文首次将带正电荷的 Ni–Al 层状双氢氧化物纳米片（Ni–Al LDHNS）用作辣根过氧化物酶（HRP）的固定基质，构建酶电极以研究蛋白质氧化还原中心与电极之间的直接电子转移。X 射线衍射（XRD）和高分辨透射电镜（HRTEM）表明，HRP–Ni–Al LDHNS 膜具有有序层状结构，HRP 以单层形式嵌入 Ni–Al LDHNS 层间。场发射扫描电镜（FESEM）显示该膜形貌均匀且多孔。紫外–可见光谱（UV–vis）表明，嵌入后的 HRP 仍保持天然结构。在玻璃碳电极（GCE）表面，HRP–Ni–Al LDHNS 对过氧化氢（H2O2）和三氯乙酸（TCA）的还原表现出良好的直接电化学与电催化响应。所得 H2O2 生物传感器具有 6.00×10−7 M 至 1.92×10−4 M 的宽线性范围、4.00×10−7 M 的低检测限以及良好稳定性。结果表明，Ni–Al LDHNS 可作为新型高效酶固定平台，实现直接电化学，并有望用于第三代生物传感器。
英文摘要
Positively charged Ni-Al layered double hydroxide nanosheets (Ni-Al LDHNS) have been used for the first time as matrices for immobilization of horseradish peroxidase (HRP) in order to fabricate enzyme electrodes for the purpose of studying direct electron transfer between the redox centers of proteins and underlying electrodes. X-ray diffraction (XRD) and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) revealed that the HRP-Ni-Al LDHNS film had an ordered structure and that HRP was intercalated into Ni-Al LDHNS with a monolayer arrangement. Field emission scanning electron microscopy (FESEM) showed that the HRP-Ni-Al LDHNS film had a uniform, porous morphology. UV-vis spectroscopy indicated that the intercalated HRP retained its native structure after incorporation in the Ni-Al LDHNS film. The immobilized HRP in Ni-Al LDHNS on the surface of a glassy carbon electrode (GCE) exhibited good direct electrochemical and electrocatalytic responses to the reduction of hydrogen peroxide (H(2)O(2)) and trichloroacetic acid (TCA). The resulting H(2)O(2) biosensor showed a wide linear range from 6.00 x 10(-7)M to 1.92 x 10(-4)M, low detection limit (4.00 x 10(-7)M) and good stability. The results show that Ni-Al LDHNS provide a novel and efficient platform for the immobilization of enzymes and realizing direct electrochemistry and that the materials have potential applications in the fabrication of third-generation biosensors.