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0.1 M磷酸盐缓冲液（pH 7.0）
检测原理
该传感器以HRP为催化识别元件，H2O2为底物。HRP催化H2O2还原为水，同时氧化对苯二酚（HQ）生成醌（Q）；Q扩散至金电极表面并在-50 mV下被还原为HQ，产生阴极电流。H2O2浓度越高，HRP催化生成的Q越多，稳态阴极电流越大。pCD与CD分支CMC通过主客体相互作用交替固定HRP-ADA和HRP-CMC-CD，形成三层超分子酶架构，增加催化位点并维持电子传递通道；超过三层后酶-电极距离增大，电子传递受限，响应不再显著增加。
检测灵敏度
三层酶传感器: LOD: 2 µM (S/N=3)；线性范围: 100 µM-3.9 mM；灵敏度: 720 µA/M cm2；R^2: about 0.997 (n=6)；一层/二层: 灵敏度 98/340 µA/M cm2，LOD 15/6 µM
效应效果
三层酶传感器在125和600 µM H2O2下的重现性RSD分别为3.7%和8.4%（n=10），4 ℃磷酸盐缓冲液中储存30天后保留96%初始响应。动态响应快速，约10 s达到95%稳态电流。选择性测试中，2.5 mM葡萄糖、乙醇、乳酸、L-酪氨酸、乙酸和柠檬酸对600 µM H2O2响应无显著影响；抗坏血酸和L-半胱氨酸使阴极电流分别降至约78%和91%。三层电极平均KM为7.5 mM，Imax为21.2 µA。作者认为这是首个基于超分子主客体相互作用的层层组装酶电极，可用于多酶生物传感器开发。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金圆盘电极（Au disk electrode, A=3.04 mm2），提供电子转导与安培检测界面
- 聚合物修饰层：多巯基β-环糊精聚合物（polythiolated β-cyclodextrin polymer, pCD, MW 1.3×10^4, -SH 87 mol/mol），覆盖Au并提供β-环糊精主位点
- 第一催化识别层：1-金刚烷修饰辣根过氧化物酶（HRP-ADA），通过金刚烷-β-环糊精包合固定在pCD上
- 第二催化识别层：β-环糊精分支羧甲基纤维素糖基化辣根过氧化物酶（HRP-CMC-CD），与HRP-ADA交替共固定
- 多层酶架构：HRP-ADA与HRP-CMC-CD依次共固定形成三层酶层，提高酶负载与生物电催化响应
- 电子介质：对苯二酚（hydroquinone, HQ, 1.0 mM），在HRP催化下传递电子并降低H2O2还原过电位
- 检测体系：三电极安培系统（工作电极Au，参比Ag/AgCl/KCl 3M，对电极Pt wire），在-50 mV、pH 7.0磷酸盐缓冲液中读取阴极电流
中文摘要
本文报道了一种用于过氧化氢（H2O2）的安培型酶生物传感器新设计。该传感器基于超分子固定化策略，将交替的辣根过氧化物酶（HRP）层组装在多巯基β-环糊精聚合物（pCD）修饰的金电极上；HRP分别以1-金刚烷或β-环糊精分支羧甲基纤维素残基修饰，通过主客体相互作用形成多层酶架构。在1 mM对苯二酚（HQ）作为电化学介质的条件下，电极分析响应随酶层数增加而增强。三层酶传感器灵敏度为720 µA/M cm2，检出限为2 µM，并在储存30天后保留96%初始活性。循环伏安实验证实了固定化方法的主客体超分子本质。
英文摘要
A new sensor design is reported for the construction of an amperometric enzyme biosensor toward H (2)O(2). It was based in the supramolecular immobilization of alternating layers of horseradish peroxidase (either modified with 1-adamantane or beta-cyclodextrin-branched carboxymethylcellulose residues) on Au electrodes coated with polythiolated beta-cyclodextrin polymer. The analytical response of the electrodes, using 1 mM hydroquinone as an electrochemical mediator, increases when the number of enzyme layers increases. The biosensor having three enzyme layers showed a sensitivity of 720 microA/M cm (2) and a detection limit of 2 microM and retained 96% of its initial activity after 30 days of storage. The host-guest supramolecular nature of the immobilization method was confirmed by cyclic voltammetry.