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：PBS缓冲液、人血清
检测原理
葡萄糖进入电极表面后，被固定化葡萄糖氧化酶（GOx）催化氧化，生成过氧化氢（H2O2）和葡萄糖酸。第一代模式中，H2O2在0.70 V下于镀金金电极及金纳米颗粒表面发生电化学氧化，产生与葡萄糖浓度成正比的安培电流。ABA的硼酸基团与GOx糖链上的1,2-或1,3-二醇形成可逆硼酸酯，将GOx固定于聚苯胺硼酸（PABA）中；NaAuCl4同时氧化聚合ABA并原位还原生成金纳米颗粒（Au nano），小尺寸Au nano在酶附近形成导电网络，促进电子转移并放大响应。第二代模式加入FcMA或BQ作为氧化还原介质，接受GOx催化电子后在电极表面氧化，从而扩展线性范围。在生物燃料电池中，该酶膜作为生物阳极，葡萄糖氧化电子经Au nano/PABA传递，驱动阴极反应并输出功率。
检测灵敏度
LOD: 0.1 μM；线性范围: 0.002–3.7 mM；灵敏度: 97.7 μA mM−1 cm−2；第二代(FcMA)线性范围: 16 mM；斜率: 1.6 μA mM−1 cm−2；第二代(BQ)线性范围: 31 mM；灵敏度: 115 μA mM−1 cm−2
效应效果
该传感器抗干扰能力良好，加入0.1 mM抗坏血酸（AA）和尿酸（UA）对葡萄糖检测干扰可忽略。重现性为1 mM葡萄糖的相对标准偏差4.2%（n=5），1个月后仍保持85%初始电流响应。人血清样品检测结果与医院结果一致。与文献报道的金纳米相关葡萄糖传感器相比，其灵敏度97.7 μA mM−1 cm−2、检出限0.1 μM、线性范围0.002–3.7 mM更优；表观Michaelis常数2.8 mM低于4.3 mM和7.2 mM。第二代模式将线性范围扩展至16 mM（FcMA）和31 mM（BQ）。作为单极生物燃料电池生物阳极，其开路电位1.23 V、短路电流4.47 mA cm−2、最大功率密度3.81 mW cm−2，作者认为该策略适用于高灵敏葡萄糖传感和生物电子器件。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：Au-plated Au电极，经多电位脉冲电沉积HAuCl4形成粗糙金表面，增大真实面积并增强H2O2电催化
- 生物纳米复合修饰层：GOx–PABA–Au nano，ABA与GOx糖链结合后被NaAuCl4氧化聚合为PABA并原位还原生成Au nano，形成导电网络
- 识别/催化元件：葡萄糖氧化酶（GOx），催化葡萄糖氧化生成H2O2，其糖链二醇与ABA硼酸基团形成硼酸酯实现固定
- 氧化还原介质：FcMA或BQ，在第二代模式中接受GOx催化电子并在电极表面氧化，扩展线性范围
- 封闭/保护层：壳聚糖（CS）膜，防止酶泄漏、增强机械强度并屏蔽残余硼酸结合位点
中文摘要
酶固定化是构建高性能酶生物传感器和生物燃料电池（BFC）的关键。本文提出一种基于糖蛋白中1,2-或1,3-二醇与硼酸功能化单体相互作用的高效固定糖蛋白酶新方法。具体而言，将葡萄糖氧化酶（GOx）与苯胺硼酸（ABA）的混合液滴涂于镀金金电极表面，随后滴加NaAuCl4溶液，可一步获得GOx–聚苯胺硼酸（PABA）–金纳米颗粒（Au nano）生物纳米复合材料，再涂覆壳聚糖（CS）并干燥。该方案中，小尺寸Au nano或金亚纳米结构可在酶分子附近或表面形成，显著促进酶促反应电子转移并增强安培响应。所制备的CS/GOx–PABA–Au nano/Au-plated Au电极在第一代和第二代传感模式以及单极生物燃料电池中均表现良好，其分析性能或功率性能优于此前报道的大多数类似物。
英文摘要
Enzyme immobilization is one of the key factors in constructing high-performance enzyme biosensors and biofuel cells (BFCs). Herein, we propose a new protocol for efficient immobilization of a glycoprotein enzyme based on the interaction of the 1, 2- or 1, 3-diols in the glycoprotein with a boronic acid functionalized monomer. Briefly, casting a mixture of glucose oxidase (GOx) and anilineboronic acid (ABA) followed by a NaAuCl(4) solution to an Au-plated Au electrode surface yielded a GOx-poly(ABA) (PABA)-gold nanoparticle (Au(nano)) bionanocomposite, and chitosan (CS) was then cast and air-dried. In the present protocol, the small-sized Au(nano) or Au subnanostructures can form near/on the enzyme molecule, which greatly promotes the electron transfer of enzymatic reaction and enhances the amperometric responses. The thus-prepared CS/GOx-PABA-Au(nano)/Au-plated Au electrode worked well in the first-/second generation biosensing modes and as a bioanode in a monopolar biofuel cell, with analytical or cell-power performance superior to those of most analogues hitherto reported.