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
超氧阴离子（superoxide anion, O2−）；样品基质：PBS缓冲液、HeLa细胞悬液/细胞释放液
检测原理
Mn-TPAA固定于TiO2纳米针膜后实现直接电子转移，其形式电位约622.8 mV（vs. Ag|AgCl），位于O2/O2−与O2−/H2O2电对之间，因此可热力学介导O2−歧化。在+650 mV阳极过程中，Mn2+-TPAA被氧化为Mn3+-TPAA，Mn3+-TPAA将O2−氧化为O2并再生Mn2+-TPAA；在0 mV阴极过程中，Mn3+-TPAA将O2−还原为H2O2并接受电子再生Mn2+-TPAA。O2−浓度升高使仿生SOD催化循环加快，稳态安培电流随之增大，6 s内达到平台。低电位0 mV下干扰物响应小于2%，实现选择性检测。
检测灵敏度
线性范围: 10−7 M–10−4 M；阳极线性范围: 5–225 μM；阴极线性范围: 0.2–625 μM；灵敏度: 4.25 ± 0.12 nA cm−2/μM（+650 mV，n=9）、3.17 ± 0.11 nA cm−2/μM（0 mV，n=9）
效应效果
传感器在0 mV下对DA、AA、Cys等干扰响应<2%，选择性优于+650 mV（5 μM DA、10 μM AA、5 μM Cys分别产生约32.66%、26.34%、21.62%响应）。加入SOD后电流下降>96%，证实信号来自O2−。响应时间<6 s，三个月内电流变化<3%，五个独立电极重现性偏差<4.8%。作者实时监测Ang II刺激HeLa细胞释放的O2−，并用Fluo 4-AM观察细胞内Ca2+升高，表明可用于ROS信号研究，性能优于纳米金、ZnO纳米片和SiC表面的SOD型O2−传感器。
传感器的构成
- 导电基底：ITO玻璃（indium tin oxide, ITO），作为工作电极导电支撑
- 纳米修饰层：TiO2纳米针薄膜（TiO2 nanoneedle film），旋涂TiO2纳米针溶胶并于723 K退火，提供纳米结构表面并促进Mn-TPAA直接电子转移
- 仿生识别催化层：Mn-TPAA（tris[2-[N-(2-pyridylmethyl)amino]ethyl]amine锰配合物），以1:10比例与TiO2旋涂固定，模拟SOD催化O2−歧化
- 电化学检测界面：Ag|AgCl参比电极与Pt辅助电极，配合CHI 660电化学工作站，在0 mV或+650 mV恒电位下读取安培电流
中文摘要
通过将合成的Mn-TPAA固定于TiO2纳米针薄膜表面，作者开发了一种用于超氧阴离子（O2−）的电化学生物传感器，并应用于活细胞释放O2−的测定。Mn-TPAA在TiO2纳米针膜上实现直接电子转移，其形式氧化还原电位位于O2/O2−和O2−/H2O2电对之间，因而可在热力学上同时介导O2−氧化为O2和还原为H2O2。该仿生传感器具有类似超氧化物歧化酶（SOD）的催化活性，能在0 V（vs. Ag|AgCl）低工作电位下实现高选择性检测，线性范围为10−7 M至10−4 M，响应时间小于6 s。基于该方法和仿生SOD的特性，作者实现了对活细胞释放O2−浓度的实时监测，并研究了O2−浓度变化与细胞内Ca2+的关系，为活性氧信号转导及相关生理病理过程提供了新见解。
英文摘要
By immobilizing synthesized Mn-TPAA (TPAA=tris[2-[N-(2-pyridylmethyl) amino] ethyl] amine) on TiO(2) nanoneedle surface, a biosensor for superoxide ion (O(2)(-)) has been developed and applied for determination of O(2)(-) released from living cells. Direct electron transfer of Mn-TPAA is realized with a formal redox potential (E°') falling in the range of the E°' values of the redox couples O(2)/O(2)(-) and O(2)(-)/H(2)O(2). This suggests that Mn-TPAA on TiO(2) films is electrochemically active and capable of thermodynamically mediating both the oxidation of O(2)(-) to O(2) and the reduction of O(2)(-) to H(2)O(2). Therefore, Mn-TPAA immobilized on the TiO(2) films can be used electrochemically for determination of O(2)(-) due to its electrochemical activities and biomimetic catalytic activities like superoxide dismutase (SOD) toward O(2)(-). The present biomimetic O(2)(-) sensor shows high selectivity at the low working potential of 0V vs. Ag|AgCl, a wide linear range from 10(-7)M to 10(-4)M and a quick response time within 6s. By taking advantage of the developed method and the properties of biomimetic SOD themselves, we have realized the real-time monitoring of O(2)(-) concentration released from living cells and investigated the relationship between the concentration changes of O(2)(-) and intracelluar Ca(2+), which may gain additional insights on the reactive oxygen species (ROS) signal transduction and other physiological and pathological events.