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：0.1 M PBS、人白血病HL-60细胞和肝癌SMMC-7721细胞培养上清（LPS刺激后）
检测原理
传感器以KMWNTs–[BMIM]PF6复合凝胶修饰GCE，并将SOD固定于凝胶中。当样品中的O2•−到达电极界面时，SOD催化其歧化反应，生成O2和H2O2。KMWNTs中的钾掺杂改变碳管电子结构，[BMIM]PF6离子液体提供高导电、低挥发和生物相容微环境，二者协同加速电子转移并显著降低氧还原过电位。在−0.3 V下，生成的O2被凝胶电催化还原，产生还原电流；电流大小与O2浓度成正比，从而间接反映O2•−浓度。由于H2O2还原电位更负，在−0.3 V基本不响应，且样品经氮气除氧消除本底溶解氧，因此可获得高选择性O2•−信号。
检测灵敏度
LOD: 0.024 mM (S/N = 3)；线性范围: 0.04–38 mM；灵敏度: 98.2 mA mM−1；R = 0.998
效应效果
该传感器3 s内达到稳态电流95%。0.2 mM H2O2、0.1 mM AA、UA、LA、GA及5 mM葡萄糖均无明显干扰，无需选择性膜或酶预氧化。10 mM O2•−连续5次测量RSD为2.9%，5个独立电极RSD为3.4%；4 ℃保存一周稳定，一个月后保留80%初始灵敏度。细胞上清加标回收率为HL-60 100.7%（RSD 3.04%）、SMMC-7721 101.8%（RSD 3.33%）。检测HL-60与SMMC-7721释放O2•−约0.01和0.015 mM，LPS刺激48 h最高约0.12 mM，后降至约0.06 mM。灵敏度高于ZnO纳米盘（17.1±0.4 mA mM−1）和NiO电极（12.4 mA mM−1），适用于癌细胞O2•−动态监测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE），直径3 mm、面积约0.07 cm2，经SiC纸和0.3/1.0 μm氧化铝抛光，作为工作电极。
- 纳米材料修饰层：钾掺杂多壁碳纳米管（KMWNTs）与1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐（[BMIM]PF6）室温离子液体研磨形成的复合凝胶（bucky gel），涂覆于GCE，提供导电通道并电催化氧还原。
- 识别元件：牛红细胞来源超氧化物歧化酶（SOD），与KMWNTs–[BMIM]PF6凝胶混合固定，催化O2•−歧化生成O2和H2O2。
- 信号换能介质：酶反应产生的溶解氧（O2），在−0.3 V被KMWNTs–[BMIM]PF6凝胶电催化还原，产生与O2•−浓度相关的还原电流。
- 参比电极：饱和甘汞电极（SCE），提供电位参考。
- 辅助电极：铂箔辅助电极，用于三电极电化学测量。
- 样品介质：0.1 M磷酸盐缓冲液（PBS，pH 7.4），氮气饱和以除去本底溶解氧。
中文摘要
本文报道了一种基于钾掺杂多壁碳纳米管（KMWNTs）与1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐（[BMIM]PF6）离子液体复合凝胶的电化学生物传感器，用于检测癌细胞释放的超氧阴离子（O2•−）。KMWNTs–[BMIM]PF6凝胶在中性溶液中可电催化氧还原，产生强电流信号；与未加[BMIM]PF6的KMWNTs或MWNTs–[BMIM]PF6复合膜相比，氧还原峰电流分别提高6.2倍和2.8倍，显著增强氧检测灵敏度。将超氧化物歧化酶（SOD）混入KMWNTs–[BMIM]PF6凝胶中，通过监测SOD催化O2•−歧化反应产生的氧，无需电子介质即可构建O2•−生物传感器。该传感器在0.04–38 mM范围内呈线性响应，灵敏度为98.2 mA mM−1，检出限为0.024 mM。过氧化氢、抗坏血酸、尿酸及神经递质代谢物等常见干扰物不干扰检测。该传感器可用于体外及肝癌、白血病细胞释放O2•−的检测，在生物电化学领域具有良好应用潜力。
英文摘要
A newly developed electrochemical biosensor for the determination of superoxide anions (O(2)˙(-)) released from cancer cells using potassium-doped multi-walled carbon nanotubes (KMWNTs)-1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate ([BMIM]PF(6)) ionic liquid composite gels is demonstrated. The KMWNTs-[BMIM]PF(6) can electrocatalyze oxygen reduction to generate a strong current signal in neutral solution. Compared with KMWNTs without [BMIM]PF(6) or MWNTs-[BMIM]PF(6) composites, the KMWNTs-[BMIM]PF(6) can enhance the oxygen reduction peak current by 6.2-fold and 2.8-fold, which greatly increases the detection sensitivity of oxygen. Then, O(2)˙(-) biosensors are fabricated by mixing superoxide dismutase (SOD) in the KMWNTs-[BMIM]PF(6) gels via monitoring oxygen produced by an enzymic reaction between SOD/O(2)˙(-) without the help of electron mediators. The resulting biosensors show a linear range from 0.04 to 38 μM with a high sensitivity of 98.2 μA mM(-1), and a lower detection limit of 0.024 μM. The common interferents such as hydrogen peroxide (H(2)O(2)), ascorbic acid (AA), uric acid (UA), and metabolites of neurotransmitters, do not interfere with the detection of O(2)˙(-). The proposed biosensor is tested to determine O(2)˙(-) in vitro and from liver cancer and leukemia cells and shows good application potential in biological electrochemistry.