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：0.1 M 磷酸盐缓冲液（PBS, pH 7.0）
检测原理
该传感器以铂化碳电极为换能器，HPC-g-P4VP-Os(bpy) 接枝共聚物膜作为导电介体与酶固定基质。葡萄糖进入膜内后，被固定在其上的葡萄糖氧化酶（GOx）催化氧化，酶活性中心发生氧化还原变化。Os(bpy)2 复合物作为可逆氧化还原介体，在 GOx 活性中心与电极之间传递电子，使电极表面产生阳极催化电流。葡萄糖浓度越高，单位时间内酶催化产生的电子流越大，电流响应越强。同时，P4VP 侧链的吡啶基团随 pH 发生质子化/去质子化，引起侧链舒展或塌缩，改变 Os 单元的准扩散迁移能力和可及性，从而实现电极活性态与非活性态的可逆开关。
检测灵敏度
LOD: 0.2 mM
效应效果
该工作主要展示材料可逆 pH 开关和葡萄糖检测可行性。修饰电极的循环伏安峰在多次电位循环和洗涤后保持稳定；在 pH 5.6 与 10 间交替测量显示电化学活性可逆切换，并可重复若干循环。葡萄糖传感器在 0.1 M PBS（pH 7.0）、0.4 V 下安培响应随葡萄糖浓度增加，检出限为 0.2 mM。作者认为 HPC-g-P4VP-Os(bpy) 可作为酶固定基质，为 GOx 提供良好微环境并增强修饰电极对葡萄糖检测的灵敏度；同时该体系将 P4VP-Os 氧化还原体系的应用扩展到较高 pH。原文未报告选择性、抗干扰、RSD、实际样品回收率及与 ELISA/HPLC/qPCR 的对比。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：铂化碳电极（platinized carbon electrode, PCE），作为工作电极提供电子传导与电化学信号读出
- 导电介体/修饰层：HPC-g-P4VP-Os(bpy) 接枝共聚物膜，由 HPC 主链、P4VP 侧链和 Os(bpy)2 氧化还原单元组成，用于固定酶并介导电子转移
- pH 响应结构：P4VP 侧链，吡啶基团质子化/去质子化引起链塌缩或舒展，调控 Os 单元可及性与电极活性
- 识别元件：葡萄糖氧化酶（glucose oxidase, GOx），催化葡萄糖氧化并启动酶促电子转移
- 信号介体：Os(bpy)2 复合物（osmium bipyridine complex），在 GOx 活性中心与电极之间传递电子，产生阳极催化电流
- 电解质环境：0.1 M 磷酸盐缓冲液（PBS, pH 7.0），提供离子导电与酶反应缓冲环境
中文摘要
本文合成并表征了具有热、pH 和电化学响应性的纤维素接枝共聚物羟丙基纤维素-g-聚(4-乙烯基吡啶)-Os(联吡啶)（HPC-g-P4VP-Os(bpy)）。该材料以水溶性羟丙基纤维素（HPC）为主链，侧链为聚(4-乙烯基吡啶)（P4VP），并通过吡啶氮与二联吡啶氧化钌（Os(bpy)2）配位引入氧化还原单元。将接枝共聚物涂覆于铂化碳电极后，采用循环伏安法研究其电化学性质。结果表明，修饰电极的电化学行为对电解质溶液 pH 值具有明显响应；活性态与非活性态之间的可逆转变源于不同 pH 下接枝共聚物构象的变化。在高 pH（例如高于 P4VP 的 pKa）条件下，P4VP 侧链塌缩，电极的电化学活性降低。将葡萄糖氧化酶（GOx）固定于接枝共聚物修饰电极上，制备了用于葡萄糖检测的生物传感器。该传感器的电流响应取决于待测溶液中葡萄糖浓度，并随葡萄糖的连续加入而增大。
英文摘要
Thermo-, pH-, and electrochemical-sensitive cellulose graft copolymers, hydroxypropyl cellulose-g-poly(4-vinylpyridine)-Os(bipyridine) (HPC-g-P4VP-Os(bpy)), were synthesized and characterized. The electrochemical properties of the resulting material were investigated via cyclic voltammetry by coating the graft copolymers on the platinized carbon electrode. The results indicated that the electrochemical properties of the graft copolymer modified electrode were responsive to the pH values of the electrolyte solution. The reversible transformation between the active and inactive state originated from the changes in the architecture of the HPC-g-P4VP-Os(bpy) graft copolymer at different pH values. At high pH (e.g., above the pK(a) of P4VP), the chains of P4VP collapsed, and the electrochemical activity of the electrode was reduced. With immobilization of glucose oxidase (GOx) on the graft copolymer decorated electrode, a biosensor for glucose detection was prepared. The current of the biosensor depended on the glucose concentration in the detected solution and increased with the successive addition of glucose.