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
超氧自由基（superoxide radical, O2•−）；样品基质：磷酸盐缓冲液（PBS）及血样血清（blood serum，加标）
检测原理
该传感器基于固定化细胞色素c（Cyt c）对超氧自由基（O2•−）的电催化循环。HOOC-MWCNTs 提供导电通道，RTIL 通过静电、氢键和疏水作用稳定 Cyt c 构象，使 Cyt c 在玻璃碳电极上实现直接电子传递。检测时，O2•− 与 Cyt c-FeII 反应生成 Cyt c-FeIII 和 H2O2；随后 Cyt c-FeIII 在电极表面接受电子并质子化，重新生成 Cyt c-FeII。该循环使少量 O2•− 可反复引发电子转移，形成电催化放大。O2•− 浓度越高，Cyt c-FeIII 再还原产生的阴极电流越大。在 -500 mV 恒电位下，电流约 6 s 内达到稳态，并在 0.05–8.1 mM 范围内线性增加。
检测灵敏度
LOD: 0.03 mM；线性范围: 0.05–8.1 mM；灵敏度: 7.455 A M^-1 cm^-2；回归方程: Ip (mA) = 234.1 [O2•−] (mM) + 1.394；R^2 = 0.9941
效应效果
该传感器在 -500 mV 下检测 O2•− 未受抗坏血酸、尿酸、对乙酰氨基酚和过氧化氢干扰。连续 200 次循环伏安无明显变化；4 ℃ PBS 中储存 5 个月保留 93% 电流，6 个月下降 15%，长期稳定性 180 天。三条连续校准曲线斜率 RSD 为 0.68%，三个独立电极在 0.1 mM O2•− 下响应 RSD 为 5.6%。血样血清加标 1.3、3.0、5.0 mM 的回收率分别为 101.5%、95%、103.4%，RSD 为 4.3%、4.1%、3.7%。与文献 Cyt c 电极相比，灵敏度 7.455 A M^-1 cm^-2、检出限 0.03 mM 和 180 天稳定性更优，作者认为可商业化。
传感器的构成
- 工作电极基底：玻璃碳电极（GC），经氧化铝抛光，作为换能器与电子传递基底。
- 纳米复合修饰层：羧基化多壁碳纳米管（HOOC-MWCNTs）与室温离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑溴化物（AMI-Br，RTIL）研磨形成的纳米复合物，降低界面电子转移电阻并稳定蛋白。
- 生物识别/电催化层：马心细胞色素c（Cyt c），吸附固定于HOOC-MWCNTs-RTIL膜中，催化超氧自由基还原并产生电化学信号。
中文摘要
本文报道了一种用于定量检测超氧自由基（O2•−）的电化学生物传感器。该传感器以玻璃碳电极为基底，利用羧基化多壁碳纳米管（HOOC-MWCNTs）与室温离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑溴化物（AMI-Br，RTIL）构建纳米复合修饰层，并将马心细胞色素c（Cyt c）固定化于其中。通过场发射扫描电镜、电化学阻抗谱和循环伏安法表征发现，HOOC-MWCNTs-RTIL 能显著降低界面电子转移电阻，并促进 Cyt c 的直接电子传递；固定化 Cyt c 在 0.1 M PBS（pH 7.0）中的形式电位为 -280 mV（vs. Ag/AgCl），电子转移速率常数为 1.24 s^-1。该传感器对 O2•− 在 0.05–8.1 mM 范围内呈线性响应，灵敏度为 7.455 A M^-1 cm^-2，检出限为 0.03 mM，长期稳定性达 180 天。与抗坏血酸、尿酸、对乙酰氨基酚和过氧化氢相比，该传感器表现出良好选择性。
英文摘要
A biosensor for the quantification of superoxide radical (O(2)˙(-)) was developed based on a nano-composite containing cytochrome c (Cyt c), carboxylated multi-walled carbon nanotubes and a room temperature ionic liquid (RTIL). The immobilized Cyt c was characterized by field emission scanning electron microscopy, electrochemical impedance spectroscopy and cyclic voltammetry. Using this biosensor a formal potential of -280 mV (vs. Ag/AgCl) and electron transfer rate constant of 1.24 was recorded for the immobilized Cyt c in 0.1 M phosphate buffer solution (pH 7.0). The biosensor showed a relatively high sensitivity (7.455 A M(-1) cm(-2)) and a long term stability (180 days) towards O(2)˙(-) in the concentration range from 0.05 to 8.1 μM with a detection limit of 0.03 μM. The selectivity of the biosensor to O(2)˙(-) was verified when its response was compared with those obtained by four potential interfering substances (ascorbic acid, uric acid, acetaminophen and hydrogen peroxide).