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
葡萄糖（glucose）；样品基质：磷酸盐缓冲液（PBS，pH 7.4，空气饱和或氮气饱和）
检测原理
葡萄糖氧化酶（GOx）通过静电作用固定在一维层级结构二氧化钛（1DHS TiO2）的孔道和表面，其 FAD 活性中心与电极之间发生直接电子转移。在空气饱和 PBS 中，GOx/1DHS TiO2/Nafion 修饰电极在约 -0.45 V 处可催化溶解氧还原，产生稳定的阴极电流。加入葡萄糖后，GOx 的 FAD 将葡萄糖氧化为葡萄糖酸并生成 FADH2；FADH2 可被 O2 氧化再生，同时葡萄糖也消耗 O2，使氧还原阴极电流下降。葡萄糖浓度越高，FAD 被还原越多、溶解氧消耗越多，电流下降越大，从而在安培模式下获得与葡萄糖浓度相关的信号。1DHS TiO2 的窄孔径、大比表面积和静电作用缩短了酶活性中心与电极间的电子隧穿距离，提高电子转移速率，实现无介质第三类葡萄糖传感。
检测灵敏度
LOD: 1.29 μM；线性范围: 0–1.5 mM（安培）；灵敏度: 9.90 μA mM−1 cm−2；回归斜率: 0.80 μA mM−1；R = 0.994；CV线性范围: 0.2–1.0 mM（空气饱和）
效应效果
传感器响应迅速，5 s内达到稳态电流的95%，响应时间<5 s；灵敏度9.90 μA mM−1 cm−2，优于表中金属氧化物葡萄糖传感器（如GOx/介孔TiO2为3.9 μA mM−1 cm−2、<10 s，GOx/纳米晶TiO2为4.6 μA mM−1 cm−2、<30 s）。在含0.6 mM葡萄糖的PBS中，加入0.3 mM AA、0.2 mM DA和0.5 mM UA时电流变化可忽略，再加入0.45 mM葡萄糖仍有明显响应。4 ℃保存两周后对0.3 mM葡萄糖电流保留91.2%；连续扫描5 h峰电流下降4.5%，UV-vis未检测到GOx脱附。作者认为其适合构建第三代葡萄糖传感器。
传感器的构成
- 工作电极基底：玻碳电极（GCE），抛光后作为导电基底和电子转移动力
- 纳米材料修饰层：一维层级结构二氧化钛（1DHS TiO2），锐钛矿型多孔一维结构，固定 GOx 并缩短电子隧穿距离
- 识别元件：葡萄糖氧化酶（GOx），负载于 1DHS TiO2 孔道/表面，催化葡萄糖氧化并实现 FAD/FADH2 直接电子转移
- 固定/封闭层：Nafion 膜，覆盖修饰层，固定 GOx/1DHS TiO2 并减少酶泄漏
- 电化学测量电极：铂丝对电极与饱和甘汞电极（SCE），构成三电极体系用于伏安/安培检测
中文摘要
本文以多壁碳纳米管（MWCNTs）为模板，通过溶剂热法合成了一种新型一维层级结构二氧化钛（1DHS TiO2），并系统评价其在蛋白质固定与生物传感中的应用。表征结果表明，1DHS TiO2 具有锐钛矿型晶相、较大比表面积和较窄的孔径分布，有利于生物分子进入孔道并与材料表面充分接触。将葡萄糖氧化酶（GOx）负载于 1DHS TiO2 后，在修饰电极上观察到快速的直接电子转移过程，无需外加电子介质即可实现葡萄糖的电催化检测。基于 GOx/1DHS TiO2 修饰电极构建的葡萄糖传感器表现出高灵敏度和低检出限，灵敏度为 9.90 μA mM−1 cm−2，检出限为 1.29 μM。该传感器还具有良好的抗干扰选择性和长期稳定性，说明这种新型层级结构 TiO2 材料在生物分子固定、直接电化学研究以及第三代电化学生物传感器制备方面具有应用潜力。
英文摘要
A novel one-dimensional hierarchically structured TiO(2) (1DHS TiO(2)) was synthesized by a solvothermal method using multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) as a template and evaluated for the immobilization of protein and biosensing applications. Characterization studies showed that the 1DHS TiO(2) possessed an anatase crystalline structure and a large surface area with narrow pore size distribution. Fast direct electron transfer was observed for glucose oxidase (GOx) immobilized on the 1DHS TiO(2), and excellent electrocatalytic performance for glucose detection can be obtained without a mediator. The glucose sensor based on the GOx/1DHS TiO(2)-modified electrode had a high sensitivity of 9.90 μA mM(-1) cm(-2) and a low detection limit of 1.29 μM. The fabricated biosensor displayed good selectivity and long-term stability, indicating that the novel structured TiO(2) is a promising material for the immobilization of biomolecules and the fabrication of third-generation biosensors.