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），样品基质为磷酸盐缓冲液（PBS，pH 6.9）；文中关联呼出冷凝液（EBC）等生理样品
检测原理
该传感器以玻璃碳电极为基底，将MP-11包埋于纳米聚氨酯（PU-NPs）中。PU-NPs提供三维纳米结构和良好生物相容性，使MP-11保持天然构象并促进其铁原卟啉IX中心与电极间的直接电子转移。检测时，H2O2扩散至电极表面，被MP-11催化还原；在-0.42 V（vs. SCE）下，MP-11的Fe(III)/Fe(II)氧化还原循环将电子传递给GCE，产生与H2O2浓度成正比的阴极电流。低浓度下电流随浓度线性增加，高浓度下因酶促反应饱和呈Michaelis–Menten行为。PU-NPs提高酶负载、降低扩散屏障并加快电子转移，从而实现超灵敏安培检测。
检测灵敏度
LOD: 10 pM (S/N 3)；线性范围: 0.02–1.3 μM；灵敏度: (29.6 ± 0.59) μA μM−1 cm−2；R = 0.998
效应效果
该传感器对H2O2响应时间为(1.3±0.4) s，线性范围内灵敏度为(29.6±0.59) μA μM−1 cm−2，检出限10 pM（S/N=3），较已有报道至少低3个数量级。对0.047 mM H2O2的批间重现性RSD约3%。4 ℃缓冲液中储存15 d后响应保持约95%，随后20 d基本稳定；MP-11/PU-NPs混合液冷冻保存5个月以上仍保持活性。葡萄糖、柠檬酸、尿酸和抗坏血酸在10 μM下对5 μM H2O2响应电流比值分别为0.92、0.93、0.94和0.91，干扰可忽略。作者认为PU-NPs可作为构建超灵敏安培生物传感器的理想基质。
传感器的构成
- 工作电极基底：玻璃碳电极（GCE），直径3 mm，抛光后作为电子传导与换能基底
- 纳米材料修饰层：纳米聚氨酯（PU-NPs），平均直径约50 nm，由MDI、PTMG和DMPA乳化聚合制备，作为MP-11固定化基质，提供三维纳米孔道、生物相容性和界面粘附
- 识别/催化元件：微过氧化物酶-11（MP-11），含铁原卟啉IX的寡肽过氧化物酶，催化H2O2还原并实现与GCE的直接电子转移
- 支持电解质：磷酸盐缓冲液（PBS，0.1 M，pH 6.9），提供离子环境、稳定电位并维持酶活性
- 信号读出装置：CHI 660B电化学工作站，在-0.42 V（vs. SCE）进行安培检测
中文摘要
本文首次将乳化聚合制备、粒径分布较窄的纳米聚氨酯（PU）直接用作新型酶固定化基质，构建高灵敏度安培生物传感器。以微过氧化物酶-11（MP-11）为模型蛋白，所得过氧化氢（H2O2）生物传感器灵敏度达29.6 μA μM−1 cm−2，响应时间为(1.3±0.4) s，检出限低至10 pM（S/N=3），优于已有方案。优化条件下，H2O2线性校准范围可达1.3 μM，表观Michaelis–Menten常数KappM为(1.87±0.05) μM，表明PU使MP-11对H2O2的酶促亲和力增强。葡萄糖、柠檬酸、尿酸和抗坏血酸等可能干扰物对响应电流和响应时间影响可忽略。结果表明，具有良好生物相容性和足够界面粘附的PU纳米粒子（PU-NPs）有望作为构建超灵敏安培生物传感器的理想支撑材料。
英文摘要
Nanostructured polyurethane (PU) synthesized by an emulsion polymerization with narrow size distribution was employed for the first time directly as a novel matrix for enzyme immobilization to develop sensitively amperometric biosensors. When Microperoxidase-11 (MP-11) was selected as a model protein, the resulting hydrogen peroxide (H(2)O(2)) biosensor exhibited improved sensitivity of 29.6μAmM(-1)cm(-2) with quite good response time of (1.3±0.4)s and remarkable limit of detection as low as 10pM (S/N 3) over existing protocols. A linear calibration curve for hydrogen peroxide was obtained up to 1.3μM under the optimized conditions with a relative low calculated Michaelis-Menten constant (K(M)(app)) (1.87±0.05)μM, which indicated the enhanced enzymatic affinity of MP-11 to H(2)O(2) via PU. The possible interferents had negligible effect on the response current and time of the prepared biosensor. Results suggest that the PU nanoparticles (PU-NPs) with good biocompatibility and sufficient interfacial adhesion hold promise as an attractive support material for construction of ultrasensitive amperometric biosensor.