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
电化学生物传感器
检测对象
乳酸（lactic acid / lactate, L-lactate）；样品基质：10 mM PBS（pH 7.4），文中讨论血液/运动生理样品应用。
检测原理
乳酸氧化酶（LOx）固定于氢钛酸盐纳米管（TNTs）三维网络中。乳酸进入电极界面后被LOx特异性催化氧化为丙酮酸，同时LOx辅基FAD被还原为FADH2。TNTs作为n型半导体纳米通道，使FADH2的活性氧化还原中心与金电极之间发生直接电子转移，FADH2被氧化回FAD并释放电子。该过程不依赖O2生成H2O2，也不需外加氧化还原介体，因此可在约0.27 V（vs Ag/AgCl）低电位下工作，减少抗坏血酸、尿酸等干扰。乳酸浓度升高时，酶催化产生的FADH2氧化电流增大，安培电流与乳酸浓度在0.5–14 mM内线性相关。
检测灵敏度
LOD: 0.2 mM (S/N = 3)；线性范围: 0.5–14 mM；灵敏度: 0.24 μA cm−2 mM−1；R = 0.9928
效应效果
LOx在TNT网络中保持底物特异性催化活性。传感器在0.27 V低电位下工作，N2除氧后响应与有氧条件一致，表明O2影响被消除。TNTs对H2O2无电催化活性，说明信号主要来自LOx直接电子转移而非H2O2氧化。3 mM乳酸下，含TNT电极的CV氧化峰电流约为无TNT电极的13倍。传感器90%响应时间为5 s，6 mM乳酸连续5次测量RSD为2.47%。线性范围0.5–14 mM覆盖静息血液乳酸（0.8–1.5 mM）、乳酸阈值（约4 mM）及高强度运动可达15 mM，适用于运动医学、临床诊断和食品发酵监测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金涂层玻璃片（Au-coated glass chip），作为工作电极与电子传导基底。
- 固定/修饰层：Nafion（0.3 wt%乙醇溶液），修饰金表面并辅助固定纳米管/酶。
- 纳米材料修饰层：氢钛酸盐纳米管（H2Ti3O7 nanotubes, TNTs），形成三维多孔网络，提供酶固定微环境和直接电子转移通道。
- 识别元件：乳酸氧化酶（lactate oxidase, LOx），固定于TNT网络，特异性催化乳酸氧化为丙酮酸。
- 信号标记物：无外加标记物；LOx的FAD/FADH2氧化还原中心直接参与电子转移，产生安培电流。
- 检测介质：10 mM PBS（pH 7.4），提供离子导电与酶催化反应介质。
中文摘要
通过一步水热法合成氢钛酸盐（H2Ti3O7）纳米管（TNTs）。将乳酸氧化酶（LOx）固定于三维多孔TNT网络中，构建用于乳酸检测的电化学生物传感器。循环伏安和安培测试表明，负载于TNT上的LOx保持底物特异性催化活性。纳米管在电极表面与LOx活性氧化还原中心之间提供直接电子转移通道，使传感器可在较低工作电位下运行，并避免溶解氧对安培电流响应的影响。该传感器灵敏度为0.24 μA cm−2 mM−1，90%响应时间为5 s，在0.5–14 mM范围内呈线性响应；酶氧化还原中心可直接参与电子转移，无需外加氧化还原介体，有利于发展无试剂生物传感器。
英文摘要
Hydrogen titanate (H(2)Ti(3)O(7)) nanotubes (TNTs) have been synthesized by a one-step hydrothermal processing. Lactate oxidase (LOx) enzyme has been immobilized on the three-dimensional porous TNT network to make an electrochemical biosensor for lactate detection. Cyclic voltammetry and amperometry tests reveal that the LOx enzyme, which is supported on TNTs, maintains their substrate-specific catalytic activity. The nanotubes offer the pathway for direct electron transfer between the electrode surface and the active redox centers of LOx, which enables the biosensor to operate at a low working potential and to avoid the influence of the presence of O(2) on the amperometric current response. The biosensor exhibits a sensitivity of 0.24 µA cm(-2) mM(-1), a 90% response time of 5 s, and a linear response in the range from 0.5 to 14 mM and the redox center of enzyme obviates the need of redox mediators for electrochemical enzymatic sensors, which is attractive for the development of reagentless biosensors.