组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
光电化学生物传感器
检测对象
L-谷氨酸（L-glutamate）；样品基质：磷酸盐缓冲液（PBS, pH 7.4）
检测原理
在380 nm光照下，CdS量子点被激发产生电子-空穴对。导带电子经CNTs快速转移到ITO电极，形成安培光电流；价带空穴参与GDH催化的L-谷氨酸氧化，替代NAD(P)+辅因子，使脱氢酶反应在无辅因子条件下进行。三乙醇胺作为电子供体维持光电流循环。谷氨酸浓度升高时，酶促氧化消耗空穴并促进电荷转移，0.2 V下的电流响应随之增大。多层(CdS/GDH)n自组装可增大光吸收截面，使光电流较单层增强约2倍，从而实现信号放大。
检测灵敏度
LOD: 50 nM；线性范围: 0.1 μM–25 μM；灵敏度: 11.9 nA/μM；R^2 = 0.9991
效应效果
该传感器在光照下对谷氨酸的响应时间为5 s。10次重复进样的电流信号重现性良好，相对标准偏差小于5%；电极在4 ℃保存20天后仍保持初始电流响应的95%，稳定性较好。干扰实验表明，样品基质中共存的常见干扰物不影响谷氨酸测定，体系具有良好抗干扰能力和选择性，适合实际应用。文中未报告实际生物样品加标回收率，也未与ELISA、HPLC或qPCR等现有方法直接对比。作者认为该无辅因子依赖的光伏触发脱氢酶传感器在生物传感器、生物燃料电池、光电及生物电化学器件方面具有应用潜力。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：ITO玻璃（掺锡氧化铟玻璃，ITO），作为工作电极，暴露面积0.5 cm2，传导光电流。
- 纳米材料修饰层：酸处理羧基功能化多壁碳纳米管（CNTs），作为导电模板和电荷传输通道。
- 光活性量子点层：CdS-PDDA量子点簇（CdS约6 nm，PDDA为聚二烯丙基二甲基氯化铵），吸收380 nm光产生电子-空穴对。
- 识别/催化元件：谷氨酸脱氢酶（GDH），催化L-谷氨酸氧化，替代NAD(P)+辅因子。
- 多层自组装结构：CdS-PDDA与GDH通过静电作用交替层-by-layer自组装形成(CdS/GDH)n，文中选用n=3。
- 稳定/交联层：牛血清白蛋白（BSA）和戊二醛，BSA用于稳定传感器，戊二醛交联干燥层。
- 电子供体：三乙醇胺，作为牺牲电子供体维持光电流产生。
中文摘要
本文设计了一种新型多组分杂化材料，将量子点（CdS）和谷氨酸脱氢酶（GDH）自组装到多壁碳纳米管（CNTs）上，用于安培生物传感系统。Zeta电位和透射电镜分析证实，CdS/GDH在羧基功能化CNTs上均匀生长。与单一CdS相比，所得杂化材料在光照下产生光电流更高效。入射光激发CdS产生载流子，CNTs促进电荷转移。对于脱氢酶型生物传感器，通常需要NAD+或NADP+辅因子；此外，作者发现CNTs/CdS/GDH的光伏效应可在无NAD+或NADP+辅因子条件下触发脱氢酶酶促反应。电化学实验结果表明，该无辅因子依赖的脱氢酶生物传感系统具有良好灵敏度（11.9 nA/μM）、较低检出限（50 nM）、可接受的重现性和稳定性。这些研究有助于理解半导体纳米杂化体（CNTs/QDs等）与生物分子（酶等）的结合，在生物传感器、生物燃料电池、生物医学及其他生物电子领域具有应用潜力。
英文摘要
A novel multi-components hybrid material, self-assembled quantum dots (CdS) and glutamate dehydrogenase (GDH) onto multiwall carbon nanotubes (CNTs), was designed for amperometric biosensing system. The zeta-potential and transmission electron microscopy (TEM) analyses confirmed the uniform growth of the CdS/GDH onto carboxyl-functionalized CNTs. Compared with the single CdS, the resulting hybrid material showed more efficient generation of photocurrent upon illumination. The incident light excites CdS and generates charge carriers, and then CNTs facilitates the charge transfer. For dehydrogenase-based biosensor, normally, the cofactor of beta-nicotinamide adenine dinucleotide (NAD(+)) or beta-nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP(+)) is necessary. Furthermore, we found the photovoltaic effect of CNTs/CdS/GDH can trigger the dehydrogenase enzymatic reaction in the absence of the NAD(+) or NADP(+) cofactors. The electrochemical experiment results also demonstrate that the cofactor-independent dehydrogenase biosensing system had series attractive characteristics, such as a good sensitivity (11.9 nA/microM), lower detection limit (up to 50 nM), an acceptable reproducibility and stability. These studies aid in understanding the combination of the semiconductor nanohybrids (CNTs/QDs, etc.) and biomolecules (enzymes, etc.), which has potential for the applications in biosensor, biofuel cell, biomedical and other bioelectronics field.