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
儿茶酚（catechol）、3-甲基儿茶酚（3-methylcatechol）、4-甲基儿茶酚（4-methylcatechol）；样品基质为0.2 M PBS（pH 8.0）缓冲液，面向环境污染物监测
检测原理
该传感器以BphC为生物识别元件，固定于PVA–SiO2溶胶-凝胶中。儿茶酚进入凝胶后，BphC催化其开环反应，将O2中的两个氧原子引入儿茶酚，生成开环产物（如2-羟基-6-氧代己-2,4-二烯酸类中间体）。开环产物在GCE表面进一步发生电氧化，产生与儿茶酚浓度成正比的氧化电流；由于氧化产物难以在电极上还原，循环伏安中还原峰消失。PVA–SiO2凝胶通过溶胶-凝胶网络固定BphC，保持其生物活性并稳定酶微环境。在450 mV恒电位安培模式下，电流在20 s内达到95%稳态，随浓度增加而增大。苯酚不经历相同BphC开环路径，其氧化峰与儿茶酚峰分离，从而实现选择性检测。
检测灵敏度
LOD: 0.428 μM (S/N = 3)；线性范围: 0.002–0.8 mM；灵敏度: 1.268 mA/(mM cm2)；R^2 = 0.9978；线性方程: I (μA) = 84.0884Ccatechol (mM) + 0.5515。3-甲基儿茶酚: LOD 0.596 μM，线性范围 0.002–0.25 mM，灵敏度 0.926 mA/(mM cm2)，R^2 = 0.9977；4-甲基儿茶酚: LOD 0.758 μM，线性范围 0.002–0.32 mM，灵敏度 0.819 mA/(mM cm2)，R^2 = 0.9949。
效应效果
该传感器响应迅速，连续加入儿茶酚后20 s内达到95%稳态电流。选择性方面，裸GCE上儿茶酚与苯酚氧化峰严重重叠，无法区分；PVA–SiO2–BphC修饰电极上儿茶酚催化氧化峰位于约0.4 V，苯酚氧化峰位于约0.8 V，二者在混合物中仍可分离，显示对儿茶酚的良好选择性。与MB-MCM-41/PVA/laccase修饰金电极（LOD 0.331 μM）相比，本传感器LOD为0.428 μM，但线性范围更宽且灵敏度达1.268 mA/(mM cm2)；与HRP金纳米颗粒超微电极阵列相比，LOD更低。文中未报告RSD、长期稳定性或实际样品加标回收率。作者认为该策略可为其他开环酶生物传感器设计提供新途径，适用于环境污染物监测。
传感器的构成
- 基底/工作电极：玻璃碳电极（GCE），经氧化铝抛光和电化学清洗，作为电子转移动态换能器
- 溶胶-凝胶修饰层：PVA修饰SiO2溶胶-凝胶（PVA–SiO2 sol–gel），由TEOS水解缩聚形成SiO2网络，PVA作为改性剂，固定酶并维持活性
- 识别元件：2,3-二羟基联苯1,2-双加氧酶（BphC）粗提物，嵌入PVA–SiO2凝胶，催化儿茶酚开环氧化
- 电化学测量组件：饱和甘汞电极（SCE）参比电极与铂片（Pt）辅助电极，用于三电极电位控制和电流采集
中文摘要
本研究采用聚乙烯醇（PVA）修饰二氧化硅溶胶-凝胶法，将2,3-二羟基联苯1,2-双加氧酶（BphC）固定化于玻璃碳电极（GCE）表面，构建了一种用于儿茶酚及其衍生物检测的可行且灵敏的电化学生物传感器。通过电化学阻抗谱（EIS）表征电极界面性质，利用原子力显微镜（AFM）观察薄膜表面形貌，并采用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）解析催化机制。结果显示，嵌入SiO2凝胶中的BphC能良好保持生物活性，并对儿茶酚及部分衍生物（如3-甲基儿茶酚、4-甲基儿茶酚）表现出优异的电催化响应。该传感器对儿茶酚的安培线性响应范围为0.002–0.8 mM，灵敏度为1.268 mA/(mM cm2)，检出限为0.428 μM（S/N=3）。此外，BphC生物传感器在儿茶酚与苯酚混合物中对儿茶酚表现出良好选择性。该柔性方案为设计其他开环酶生物传感器提供了新途径，可用于多种环境污染物监测。
英文摘要
A feasible and sensitive biosensor for catechol and its derivatives using 2,3-dihydroxybiphenyl 1,2-dioxygenase (BphC)-modified glassy carbon electrode was successfully constructed by polyvinyl alcohol-modified SiO₂ sol-gel method. The as-prepared biosensor was characterized by electrochemical impedance spectroscopy, and the surface topography of the film was imaged by atomic force microscope. Liquid chromatography-tandem mass spectrometry was applied to reveal the catalytic mechanism. BphC embedded in SiO₂ gel maintained its bioactivity well and exhibited excellent eletrocatalytical response to both catechol and some of its derivatives (such as 3-methylcatechol and 4-methylcatechol). The biosensor showed a linear amperometric response range between 0.002 mM and 0.8 mM catechol. And the sensitivity was 1.268 mA/(mM cm²) with a detection limit of 0.428 μM for catechol (S/N = 3). Furthermore, the BphC biosensor exhibited perfect selectivity for catechol in the mixtures of catechol and phenol. It was suggested that this flexible protocol would open up a new avenue for designing other ring-cleavage enzyme biosensors, which could be widely used for monitoring various kinds of environmental pollutants.