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（hydrogen peroxide，H2O2），样品基质为磷酸盐缓冲液（PBS，pH 7.0）
检测原理
ZrPNS由层状α-ZrP剥离得到，具有亲水表面、大比表面积和负电荷，可为HRP提供类水微环境并通过静电作用固定酶分子，使HRP保持天然构象。HRP血红素中心嵌入ZrPNS膜后，与GCE之间发生直接电子转移，CV中呈现FeIII/FeII准可逆峰；多层HRP之间可能通过电荷跳跃传递电子。当H2O2加入PBS时，HRP催化还原H2O2，使还原态血红素再生，阴极电流随H2O2浓度增加而增大，阳极峰相应降低。该过程无需外加电子介质，属于第三代酶生物传感器，固定电位下稳态电流与H2O2浓度呈线性关系。
检测灵敏度
LOD: 1.2 μM H2O2 (S/N=3)；线性范围: 1.3×10−6–1.6×10−2 M H2O2；R^2 = 0.9997
效应效果
在pH 7.0 PBS中，传感器对H2O2的响应时间小于3 s，95%稳态电流在3 s内达到，线性范围较宽，作者认为优于许多酶电极。重现性方面，单电极对0.1 mM H2O2六次测定RSD约7.0%，同批五个电极RSD约3.0%。稳定性方面，CV扫描100圈电流基本恒定，4°C存放2个月后峰电流下降约12%；生物传感器4°C干存16天仍保持初始响应99%，60天后保持约85%。pH 3.0–10.0中pH 7.0响应最佳。原文未报告实际样品加标回收率及与ELISA、HPLC或qPCR的对比。作者认为该HRP–ZrPNS修饰电极可用于第三代生物传感器和生物反应器。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻碳电极（GCE），经氧化铝抛光和超声清洗，提供电子转导界面
- 纳米材料修饰层：α-磷酸锆纳米片（ZrPNS，由层状α-ZrP剥离得到），提供大比表面积、亲水微环境和负电荷，固定HRP并促进直接电子转移
- 识别/催化元件：辣根过氧化物酶（HRP），直接固定于ZrPNS中，其血红素中心与电极直接电子转移并催化H2O2还原
- 稳定/封闭层：聚乙烯醇缩丁醛（PVB，2%乙醇溶液）浸渍，增强膜粘附力和稳定性
中文摘要
本研究通过剥离层状α-磷酸锆（α-ZrP）制备α-磷酸锆纳米片（ZrPNS），并将其作为辣根过氧化物酶（HRP）的高效固定化基质。X射线粉末衍射（XRD）结果表明，在HRP–ZrPNS膜中，受HRP影响，ZrPNS保持无序结构；傅里叶变换红外光谱（FTIR）结果显示，HRP在HRP–ZrPNS膜中仍保留二级结构。在玻碳电极（GCE）上，HRP–ZrPNS膜实现了HRP的直接电化学，呈现一对清晰、准可逆的循环伏安（CV）峰，对应HRP血红素FeIII/FeII氧化还原电对。电活性HRP的平均表面浓度（Γ*）约为1.35×10−10 mol cm−2，表明膜中酶负载量较高。基于上述特性，构建了用于测定过氧化氢（H2O2）的第三代无试剂生物传感器。该传感器响应时间小于3 s，对H2O2的线性响应范围为1.3×10−6至1.6×10−2 M，相关系数为0.9997。
英文摘要
Alpha-zirconium phosphate nanosheets (ZrPNS) derived via the delamination of layered alpha-zirconium phosphate (alpha-ZrP) have been proven to be efficient support matrixes for the immobilization of horseradish peroxidase (HRP). X-ray powder diffraction (XRD) results revealed that ZrPNS in HRP-ZrPNS film remained unorderly structured for the effect of HRP. Fourier transform infrared (FTIR) spectra results revealed that HRP remained the secondary structure in HRP-ZrPNS film. The direct electrochemistry of HRP was realized in HRP-ZrPNS film on a glassy carbon electrode (GCE), showing a pair of well-defined, nearly reversible cyclic voltammetry (CV) peaks for the HRP heme Fe(III)/Fe(II) redox couple. The average surface concentration (Gamma(*)) of electroactive HRP in HRP-ZrPNS film was estimated to be 1.35x10(-10) mol cm(-2), which indicated a high loading of enzyme molecules in HRP-ZrPNS film. Based on these, a third generation reagentless biosensor was constructed for the determination of hydrogen peroxide (H(2)O(2)). The response time of the biosensor was less than 3 s, and the linear response range of the biosensor for H(2)O(2) was from 1.3x10(-6) to 1.6x10(-2) M with a correlation coefficient of 0.9997.