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
多巴胺（dopamine, DA）；样品基质为 pH 7.0 PBS 缓冲液，含 1000 μM 抗坏血酸（AA）干扰物
检测原理
O2等离子体在CNT-N侧壁引入羟基、羧基和羰基等含氧官能团，使电极表面在pH 7.0下主要呈去质子化负电状态。多巴胺（DA）在该pH下呈阳离子，被表面官能团静电吸引并富集于三维CNT网络中；抗坏血酸（AA）呈阴离子，受到静电排斥，且缺乏与CNT的π–π作用，因此难以在电极表面氧化。DA进入亲水性3D网络后，在CNT高导电网络作用下发生可逆ECE氧化：两电子氧化生成多巴胺醌，并进一步转化为多巴胺色原等产物。DPV通过脉冲电位增强法拉第电流并抑制双电层电容，阳极峰电流随DA浓度线性增加，而AA无表观峰，从而实现高选择性检测。
检测灵敏度
线性范围: 1 μM–20 μM；灵敏度斜率: 14.69（Ipa = 14.69C_DA − 5.84）；R = 0.996
效应效果
该传感器在1000 μM AA存在下对DA选择性良好，DA/AA比从1:1000到20:1000时AA无表观DPV信号，DA峰电流未受明显干扰。不同电极峰电流变化小于5%，重现性良好。O2等离子体处理后20 μM DA阳极峰电流为278 μA cm−2，约为原始CNT-N电极16 μA cm−2的17倍，说明亲水化和官能化显著增强信号。与文献中聚乙烯醇（2–70 μM）、poly-chromotrope（2–80 μM）、热解石墨（24–384 μM）等电极相比，本方法抗AA干扰能力更强；与poly-Tiron膜（0.2–45.8 μM，R=0.991）相比，相关系数更高且AA响应可忽略。作者认为其有望发展为真正选择性多巴胺传感器。
传感器的构成
- 基底/集流体：ITO-coated glass，承载CNT-N并提供导电支撑
- 底层致密碳层：dense bottom CNT-carbon composite layer，提供机械支撑与横向导电，面阻约70 Ω/□
- 顶层多孔CNT网络：entangled CNT top network layer，平均直径约60 nm，提供高比表面积和电活性位点
- 表面功能化层：O2 plasma treatment，在CNT侧壁引入羟基、羧基、羰基等含氧官能团，增强亲水性和选择性
- 识别/选择性界面：无外加抗体/酶等生物识别元件，依靠CNT表面含氧官能团与DA的静电吸引和π–π作用实现选择性
- 信号标记物：无外加标记物，DA自身在电极表面发生电氧化产生电流
- 电化学池组件：Ag/AgCl参比电极、Pt mesh对电极和pH 7.0 PBS电解液，用于三电极DPV/CV测量
中文摘要
本文报道了一种基于三维碳纳米管纳米网（CNT-N）的高灵敏、高选择性多巴胺（DA）电化学传感器。作者采用改进化学气相沉积法制备自由-standing CNT-N，其顶部为多孔缠结碳纳米管网络，底部为致密碳复合层，兼具高比表面积、良好导电性和机械稳定性。随后用氧气（O2）等离子体处理电极，在碳纳米管侧壁接枝羟基、羧基和羰基等含氧官能团，使电极由疏水转为亲水，并增加选择性电活性位点。通过HRSEM、Raman、FT-IR和循环伏安法表征电极结构与电化学行为。差分脉冲伏安法（DPV）结果表明，O2等离子体处理后的CNT-N电极可在1000 μM抗坏血酸（AA）存在下选择性检测1–20 μM DA，DA氧化峰位于0.17 V（vs. Ag/AgCl），峰电流与DA浓度呈线性关系，而AA无表观DPV信号。选择性主要归因于表面官能团对阳离子DA的静电吸引、对阴离子AA的静电排斥以及CNT与DA之间的π–π作用。
英文摘要
A highly sensitive and selective dopamine sensor was fabricated with the unique 3D carbon nanotube nanoweb (CNT-N) electrode. The as-synthesised CNT-N was modified by oxygen plasma to graft functional groups in order to increase selective electroactive sites at the CNT sidewalls. This electrode was characterized physically and electrochemically using HRSEM, Raman, FT-IR, and cyclic voltammetry (CV). Our investigations indicated that the O(2)-plasma treated CNT-N electrode could serve as a highly sensitive biosensor for the selective sensing of dopamine (DA, 1 μM to 20 μM) in the presence of ascorbic acid (AA, 1000 μM).