组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
过氧化氢（H2O2）；样品基质：磷酸盐缓冲液（PBS）及试剂H2O2溶液
检测原理
传感器以GCE为基底，GR–CS膜与电沉积PdNPs构成导电界面，Hb经CS固定。Hb血红素Fe(III)/Fe(II)在电极表面发生直接电子转移，PdNPs与GR协同降低界面电阻。H2O2存在时，Hb Fe(III)与H2O2生成Compound I，Compound I再与H2O2反应再生Hb Fe(III)并释放O2；Hb Fe(III)在电极上还原为Hb Fe(II)，Hb Fe(II)与O2结合后再还原再生Hb Fe(III)，总反应为H2O2+2H++2e−→2H2O。该过程依靠纳米复合膜促进电子转移和Hb催化循环，在−0.35 V下H2O2浓度升高使稳态还原电流线性增大。
检测灵敏度
LOD: 6.6×10−7 mol L−1；线性范围: 2.0×10−6–1.1×10−3 mol L−1；斜率: 5.40×10−3 μA μM−1；灵敏度: 0.20 A M−1 cm−2；R^2 = 0.9984
效应效果
该传感器对0.10 mmol L−1 H2O2连续测定10次的RSD为4.2%，重现性良好；储存15天后响应仅下降7.5%，1个月后下降14%，稳定性较好。抗干扰实验显示，在含1.0 mmol L−1 H2O2的PBS中加入0.2 mmol L−1抗坏血酸、葡萄糖、尿酸、L-半胱氨酸和L-酪氨酸，还原电流分别降低1.9%、2.7%、3.1%、3.5%和3.3%，选择性较高。实际样品测定中，对试剂H2O2的检测结果与经典KMnO4滴定法一致，说明其可用于实际样品分析。作者认为PdNPs/GR–CS复合膜能促进Hb直接电子转移，是制备第三代H2O2生物传感器的有前景平台。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE），直径4 mm，抛光后作为工作电极，提供电子转移界面
- 纳米材料修饰层：石墨烯（GR）-壳聚糖（CS）纳米复合膜，GR分散于0.5% CS醋酸溶液中滴涂成膜，提供导电通道与生物相容微环境
- 纳米催化层：钯纳米颗粒（PdNPs），由PdCl2/H2SO4/NH4PF6体系电沉积于GR–CS/GCE表面，平均直径约50 nm，促进电子转移并增强H2O2电催化
- 识别/生物催化元件：血红蛋白（Hb），溶解于0.1%壳聚糖溶液（6 mg mL−1）后滴涂固定，作为H2O2电催化识别元件
- 固定/成膜介质：壳聚糖（CS），与Hb共同成膜，固定Hb并维持其生物活性
- 检测介质：0.1 mol L−1磷酸盐缓冲液（PBS，pH 7.0），提供离子传导环境
- 信号读出：CHI660D电化学工作站，三电极体系（SCE参比、铂丝辅助、GCE工作），通过循环伏安和安培法读取电流信号
中文摘要
具有二维晶格结构的石墨烯（GR）与生物相容性壳聚糖（CS）可作为钯纳米颗粒（PdNPs）沉积的合适支撑材料。本文开发了一种新型过氧化氢（H2O2）生物传感器，将血红蛋白（Hb）固定于含有GR和PdNPs的CS薄膜中。扫描电子显微镜表征显示，PdNPs呈球形，平均直径约50 nm。在优化条件下，固定化Hb对H2O2表现出快速且优异的电催化活性，米氏常数较小，为16 μmol L−1，线性范围为2.0×10−6–1.1×10−3 mol L−1，检出限为6.6×10−7 mol L−1。该生物传感器还具有良好的重现性和长期稳定性。PdNPs/GR–CS纳米复合膜有望成为制备第三代生物传感器的有前景材料。
英文摘要
Thermally two-dimensional lattice graphene (GR) and biocompatibility chitosan (CS) act as a suitable support for the deposition of palladium nanoparticles (PdNPs). A novel hydrogen peroxide (H(2)O(2)) biosensor based on immobilization of hemoglobin (Hb) in thin film of CS containing GR and PdNPs was developed. The surface morphologies of a set of representative membranes were characterized by means of scanning electron microscopy and showed that the PdNPs are of a sphere shape and an average diameter of 50 nm. Under the optimal conditions, the immobilized Hb showed fast and excellent electrocatalytic activity to H(2)O(2) with a small Michaelis-Menten constant of 16 μmol L(-1), a linear range from 2.0 × 10(-6) to 1.1 × 10(-3) mol L(-1), and a detection limit of 6.6 × 10(-7) mol L(-1). The biosensor also exhibited other advantages, good reproducibility, and long-term stability, and PdNPs/GR-CS nanocomposites film would be a promising material in the preparation of third generation biosensor.