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（Hydrogen peroxide, H2O2），样品基质为0.10 mol L−1磷酸盐缓冲液（PBS, pH 7.0）
检测原理
该传感器基于Hb在胶原微带中的直接电子转移与血红素催化还原H2O2。静电纺丝胶原微带形成三维多孔结构，使Hb血红素Fe(III)/Fe(II)中心与玻璃碳电极之间发生准可逆直接电子转移，表观电子转移速率常数ks达270.6 s−1。当H2O2加入后，Hb(Fe3+)与H2O2反应生成Compound I，Compound I再经电子和质子还原为Compound II，最终再生Hb(Fe3+)并生成水。在−0.38 V下，H2O2浓度升高使催化还原电流增大，稳态安培电流与H2O2浓度在5×10−6至30×10−6 mol L−1范围内线性相关。胶原基质通过提高Hb负载和促进电子传递实现信号放大。
检测灵敏度
LOD: 0.37 × 10−6 mol L−1（S/N=3）；线性范围: 5 × 10−6 mol L−1–30 × 10−6 mol L−1；灵敏度: 31 nA (μmol L−1)−1 cm−2；R^2 = 0.999
效应效果
该传感器对H2O2表现出快速安培响应、高灵敏度和良好重现性。在20 μmol L−1 H2O2下，5个电极的相对标准偏差为2.87%。4 ℃、0.10 mol L−1 PBS（pH 7.0）中保存3周后，仍保持初始灵敏度的90%以上。其表观米氏常数Kapp_m为77.7 μmol L−1，低于文献报道的176.33 μmol L−1、0.12 mmol L−1和0.25±0.03 mmol L−1，也低于静电纺丝Hb微带电极的93 μM，表明对H2O2亲和力较高。灵敏度31 nA (μmol L−1)−1 cm−2，高于胶原/肌红蛋白层状膜传感器。作者认为该结构可用于电化学生物传感器和酶基生物燃料电池。文中未报告实际样品加标回收率和抗干扰实验。
传感器的构成
- 基底/工作电极：玻璃碳电极（GC, glassy carbon electrode），经抛光清洗后作为换能器电极，提供电子转移界面。
- 修饰层：静电纺丝胶原微带（electrospun Collagen I microbelts），形成三维多孔网络，为Hb提供生物相容性固定基质并促进电子传递。
- 识别/催化元件：血红蛋白（Hb, hemoglobin），包埋于胶原微带中，其血红素Fe(III)/Fe(II)中心直接电子转移并催化H2O2还原。
- 交联固定层：戊二醛蒸气（glutaraldehyde vapor），用于交联固定Hb–胶原复合微带，保持Hb生物活性。
- 电解质介质：0.10 mol L−1磷酸盐缓冲液（PBS, pH 7.0），用于湿润电极并提供离子导电环境。
中文摘要
本文采用静电纺丝法制备了具有三维构型的血红蛋白（Hb）–胶原微带修饰电极。将Hb包埋于静电纺丝胶原微带中，可显著促进其直接电子转移，表观异相电子转移速率常数ks为270.6 s−1。该修饰电极对过氧化氢（H2O2）的还原表现出优异的生物电催化活性。在0.10 mol L−1、pH 7.0磷酸盐缓冲液中，传感器的安培响应与H2O2浓度在5×10−6 mol L−1至30×10−6 mol L−1范围内呈线性关系，检出限为0.37×10−6 mol L−1（信噪比为3）。表观米氏常数Kapp_m为77.7 μmol L−1。所建立的生物传感器具有响应快、灵敏度高、重现性好和稳定性好等特点，可用于过氧化氢的电化学检测。
英文摘要
In this paper, the hemoglobin (Hb)-collagen microbelt modified electrode with three-dimensional configuration was fabricated via the electrospinning method. Direct electron transfer of the Hb immobilized into the electrospun collagen microbelts was greatly facilitated. The apparent heterogeneous electron transfer rate constant (k(s)) was calculated to be 270.6s⁻¹. The electrospun Hb-collagen microbelt modified electrode showed an excellent bioelectrocatalytic activity toward the reduction of H₂O₂. The amperometric response of the biosensor varied linearly with the H₂O₂ concentration ranging from 5 × 10⁻⁶molL⁻¹ to 30×10⁻⁶molL⁻¹, with a detection limit of 0.37 × 10⁻⁶molL⁻¹ (signal-to-noise ratio of 3). The apparent Michaelis-Menten constant (K(m)(app)) was 77.7 μmolL⁻¹. The established biosensor exhibited fast amperometric response, high sensitivity, good reproducibility and stability.