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，hydrogen peroxide）；样品基质：0.2 mol/L PBS（pH 7.0）及生物/医学实际样品
检测原理
该传感器以HRP为识别/催化元件，直接识别H2O2。在pH 7.0 PBS中，H2O2与HRP发生酶促反应，使HRP由还原态转变为氧化态；氧化态HRP随即氧化MB还原态，生成MB氧化态，HRP恢复还原态。MB氧化态在−0.2 V工作电位下从金电极获得电子被还原，形成可测的还原电流。MB作为固定化电子媒介，在HRP与电极间高效穿梭电子；PAH-MWNTs层提高酶负载量并改善导电性，使电流随H2O2浓度增加而增大。
检测灵敏度
LOD: 2.0×10−7 mol/L (S/N=3)；线性范围: 3.0×10−7–3.2×10−5 mol/L 和 3.2×10−5–2.8×10−4 mol/L；灵敏度斜率: 0.033 μA/(μmol/L) 和 0.011 μA/(μmol/L)；I (μA)=0.670+0.033c (μmol/L) (R=0.9991, n=16)；I (μA)=1.468+0.011c (μmol/L) (R=0.9974, n=11)；Table 1: linear range 0.3–280.0 μmol/L, detection limit 0.2 μmol/L
效应效果
该传感器响应时间为2 s，在−0.2 V、pH 7.0 PBS中表现稳定。连续8次测量RSD为2.3%，6个独立制备电极RSD为3.3%；4 ℃干燥保存1个月后保留约86%灵敏度。选择性方面，0.2 mmol/L抗坏血酸、尿酸和葡萄糖对0.02 mmol/L H2O2无可见干扰。实际样品中H2O2回收率为96.8%–102.7%。与表1中其他MWNTs或有机染料无试剂电极相比，本传感器响应更快、检出限更低，作者认为其可作为开发无试剂生物传感器的通用平台。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极（Au electrode），经抛光、piranha清洗和循环伏安预处理，提供电子传导与电化学换能。
- 负电自组装单层：3-巯基-1-丙磺酸钠（MPS）通过磺酸基与金表面共价结合，形成带负电界面。
- 聚电解质前驱膜：聚丙撑胺盐酸盐（PAH）与聚苯乙烯磺酸钠（PSS）静电交替吸附，形成外层带负电的PAH/PSS前驱膜。
- 阳离子纳米管层：羧基化多壁碳纳米管（MWNTs）包覆PAH形成PAH-MWNTs，带正电，提供高比表面积和导电通道。
- 酶-媒介剂生物复合物层：HRP与亚甲蓝（MB）预混形成带负电HRP-MB，HRP催化H2O2，MB作为电子媒介。
- 生物纳米多层膜：PAH-MWNTs与HRP-MB经静电LBL组装6个双分子层，形成(PAH-MWNTs/HRP-MB)6。
中文摘要
本文提出一种简单可控的层层自组装（LBL）方法，构建基于功能化多壁碳纳米管（MWNTs）与酶-媒介剂生物复合物的无试剂生物传感器。羧基化MWNTs经聚阳离子聚丙撑胺盐酸盐（PAH）包覆后形成分散良好且带正电的PAH-MWNTs；水溶性染料亚甲蓝（MB）与辣根过氧化物酶（HRP）预混形成生物相容性好且带负电的HRP-MB生物复合物。在聚电解质前驱膜修饰的金电极上，通过静电LBL组装制备(PAH-MWNTs/HRP-MB)n生物纳米多层膜。由于HRP-MB生物复合物生物相容性优异且组装均匀，固定化HRP可保持天然生物活性，MB可在HRP与电极间高效穿梭电子。MWNTs的引入提高了电活性酶的表面覆盖浓度并增强催化电流响应。所制备传感器对过氧化氢（H2O2）响应快（2 s），检出限低（2.0×10−7 mol/L，S/N=3），为无试剂生物传感器开发提供了通用平台。
英文摘要
A simple and controllable layer-by-layer (LBL) assembly method was proposed for the construction of reagentless biosensors based on electrostatic interaction between functional multiwall carbon nanotubes (MWNTs) and enzyme-mediator biocomposites. The carboxylated MWNTs were wrapped with polycations poly(allylamine hydrochloride) (PAH) and the resulting PAH-MWNTs were well dispersed and positively charged. As a water-soluble dye methylene blue (MB) could mix well with horseradish peroxidase (HRP) to form a biocompatible and negatively-charged HRP-MB biocomposite. A (PAH-MWNTs/HRP-MB)(n) bionanomultilayer was then prepared by electrostatic LBL assembly of PAH-MWNTs and HRP-MB on a polyelectrolyte precursor film-modified Au electrode. Due to the excellent biocompatibility of HRP-MB biocomposite and the uniform LBL assembly, the immobilized HRP could retain its natural bioactivity and MB could efficiently shuttle electrons between HRP and the electrode. The incorporation of MWNTs in the bionanomultilayer enhanced the surface coverage concentration of the electroactive enzyme and increased the catalytic current response of the electrode. The proposed biosensor displayed a fast response (2 s) to hydrogen peroxide with a low detection limit of 2.0×10⁻⁷ mol/L (S/N=3). This work provided a versatile platform in the further development of reagentless biosensors.