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：人血清、PBS 缓冲液
检测原理
在 pH 7.0 PBS 中，固定于 PtNCs–MWNTs 膜内的葡萄糖氧化酶（GOX）特异性催化葡萄糖氧化，生成葡萄糖酸内酯和过氧化氢（H2O2）。H2O2 扩散至电极表面，在 0.35 V 工作电位下被 PtNCs–MWNTs 纳米复合材料电催化氧化为 O2，释放电子形成阳极电流。PtNCs 提供高电催化活性位点，MWNTs 提供导电通道并分散 PtNCs，二者协同降低电子转移电阻、增大电活性面积，使电流与葡萄糖浓度成正比。葡萄糖浓度越高，生成 H2O2 越多，稳态电流越大；酶促反应遵循 Michaelis–Menten 动力学，Kapp_m 为 2.1 mM。
检测灵敏度
LOD: 1.0 μM；线性范围: 3.0 μM–12.1 mM；灵敏度: 12.8 μA mM−1
效应效果
该传感器抗干扰能力较强，在 0.35 V 下加入 0.5 mM 抗坏血酸、0.5 mM 多巴胺和 0.5 mM L-半胱氨酸时，对 1 mM 葡萄糖的电流响应影响很小，主要得益于 Nafion 封闭层。重现性方面，5 个同批制备电极对 3.0 mM 葡萄糖的响应 RSD 为 7.5%。稳定性方面，电极 4 °C 保存于 0.1 M PBS 上方，一个月后仍保持初始响应的 80% 以上。实际人血清样品检测中，与医院生化分析仪结果接近，相对偏差为 2.0%、4.3% 和 −3.7%，加标回收率为 98.0%–101.7%。作者认为其宽线性范围、低检出限、高灵敏度和良好抗干扰性优于多数已报道葡萄糖传感器，具有临床和实际应用潜力。
传感器的构成
- 基底电极：玻璃碳电极（GCE），经 0.3 和 0.05 μm 氧化铝抛光及超声清洗，作为电化学换能基底
- 纳米复合修饰层：铂纳米团簇/多壁碳纳米管纳米复合材料（PtNCs–MWNTs），一步法合成，提供导电通道、高比表面积和 H2O2 电催化活性
- 酶识别层：葡萄糖氧化酶（GOX，5 mg/mL，5 μL）滴涂固定于 PtNCs–MWNTs/GCE 表面，特异性催化葡萄糖氧化
- 封闭保护层：Nafion（1% 溶液，2 μL）覆盖于 GOX 层外，防止酶泄漏并减少干扰物
中文摘要
本文提出一种一步合成法制备铂纳米团簇/多壁碳纳米管（PtNCs–MWNTs）纳米复合材料，并将其作为新型酶固定化基质用于构建葡萄糖生物传感器。通过循环伏安法、电化学阻抗谱、原子力显微镜和扫描电子显微镜对传感器制备过程及界面结构进行表征。由于 PtNCs–MWNTs 具有大比表面积、良好导电性、高催化活性和生物相容性，所制备的葡萄糖生物传感器表现出宽线性范围（3.0 μM–12.1 mM）、低检出限（1.0 μM）、高灵敏度（12.8 μA mM−1）和快速响应时间（6 s 内达到稳态电流的 95%）。其表观 Michaelis–Menten 常数为 2.1 mM，表明酶与底物具有较高亲和力。结果表明，该传感器性能优于多数已报道的葡萄糖生物传感器，并可成功用于人血清样品中葡萄糖的检测，具有实际应用潜力。
英文摘要
One-step synthesis method was proposed to obtain the nanocomposites of platinum nanoclusters and multiwalled carbon nanotubes (PtNCs-MWNTs), which were used as a novel immobilization matrix for the enzyme to fabricate glucose biosensor. The fabrication process of the biosensor was characterized by cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy, atomic force microscopy and scanning electron microscope. Due to the favorable characteristic of PtNCs-MWNTs nanocomposites, the biosensor exhibited good characteristics, such as wide linear range (3.0 μM-12.1 mM), low detection limit (1.0 μM), high sensitivity (12.8 μA mM⁻¹), rapid response time (within 6 s). The apparent Michaelis-Menten constant (K(app)(m)) is 2.1 mM. The performance of the resulting biosensor is more prominent than that of most of the reported glucose biosensors. Furthermore, it was demonstrated that this biosensor can be used for the assay of glucose in human serum samples.