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，hydrogen peroxide）；样品基质：20 mM pH 7.0 磷酸盐缓冲液（PBS）
检测原理
传感器以玻璃碳电极为基底，将 BNTO-0.85 纳米片、壳聚糖和血红蛋白混合涂覆成膜。BNTO-0.85 的互插多孔结构可容纳并固定 Hb，壳聚糖辅助成膜并维持蛋白天然构象。Nd 取代降低铋钛酸盐晶格畸变，使 Hb 血红素中心与电极之间形成有效电子转移通道，实现 Hb(FeIII)/Hb(FeII) 直接电子转移。当 H2O2 扩散到电极表面时，被 Hb 血红素中心电催化还原，产生还原电流；H2O2 浓度升高时，还原峰电流增大，氧化峰减弱甚至消失。通过循环伏安或稳态电流读出，信号随 H2O2 浓度增加而增强，从而实现检测。
检测灵敏度
LOD: 4.2 × 10−7 M；线性范围: 2.0 × 10−6–5.3 × 10−4 M；灵敏度: 83 mA cm−2 M−1；R = 0.999
效应效果
与 Hb–Chi–BTO 相比，Hb–Chi–BNTO-0.85 传感器氧化还原峰电流约为三倍，峰间距 50 mV，异相电子转移速率 14.1±3.8 s−1，电活性 Hb 表面浓度约 8.16×10−11 mol/cm2。对 H2O2 检测，线性范围 2.0×10−6–5.3×10−4 M，检出限 4.2×10−7 M，灵敏度 83 mA cm−2 M−1，表观 Michaelis–Menton 常数约 103 μM，均优于 BTO 基传感器。120 μM H2O2 连续测量 RSD 为 3.1%，电极间 RSD 为 5.8%；PBS 中浸泡 4 h 响应下降小于 2.4%，三周保存后保留 95.8%。原文未报告选择性、抗干扰及实际样品加标回收率，作者认为可用于生物医学、食品和环境检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GC），提供导电基底并作为电子转移界面
- 纳米材料修饰层：嵌入/互插钕取代铋钛酸盐纳米片（BNTO-x，优选 BNTO-0.85，Bi3.15Nd0.85Ti3O12），提供多孔互插结构、固定蛋白并促进电子转移
- 固定/成膜材料：壳聚糖（Chi），与 Hb 和 BNTO-x 混合涂覆成膜，辅助固定蛋白并维持生物活性
- 识别/催化元件：血红蛋白（Hb），固定于复合膜中，保留天然结构，实现直接电子转移并电催化 H2O2 还原
- 电解质/缓冲介质：20 mM pH 7.0 磷酸盐缓冲液（PBS），提供离子环境和质子转移
中文摘要
本文通过溶胶-凝胶水热法制备了相互嵌入的钕取代铋钛酸盐（Bi4−xNdxTi3O12，BNTO-x）纳米片，并将其用于蛋白质固定和生物传感器构建。比较实验表明，铋钛酸盐（Bi4Ti3O12，BTO）中的 Bi3+ 可被 Nd3+ 成功取代，且 Hb–Chi–BNTO 生物传感器的电化学性质强烈依赖于 Nd3+ 含量。随着 Nd3+ 掺杂量增加，Hb–Chi–BNTO-x 传感器的电化学性能呈规律性变化。与 Hb–Chi–BTO 及其他 Hb–Chi–BNTO-x 传感器相比，Hb–Chi–BNTO-0.85 传感器表现出更优异的电化学和电催化性能，包括更强的氧化还原峰电流（约三倍）、更小的峰间距（50 mV）、更大的异相电子转移速率（14.1±3.8 s−1）、更高的电活性氧化还原蛋白表面浓度（约 8.16×10−11 mol/cm2），以及更好的重现性和稳定性。该 Nd 依赖型电化学特性为设计第三代电化学生物传感器提供了新思路，BNTO-0.85 基传感器有望在生物医学、食品和环境检测等领域应用。
英文摘要
Neodymium (Nd) substituted bismuth titanate (Bi(4-x)Nd(x)Ti(3)O(12), BNTO-x) nanoplates inlaid one another were prepared by sol-gel hydrothermal method, which was explored for protein immobilization and biosensor fabrication. Comparative experiments witnessed that Bi(3+) ions in bismuth titanate (Bi(4)Ti(3)O(12), BTO) were successfully substituted with Nd(3+) ions, and the electrochemical properties of the Hb-Chi-BNTO biosensors closely depended on the Nd(3+) ion content. With increasing the Nd(3+) doping content, the electrochemical performance of the Hb-Chi-BNTO-x biosensors showed regularly variable. Moreover, compared with the Hb-Chi-BTO and other Hb-Chi-BNTO-x biosensors, the Hb-Chi-BNTO-0.85 biosensor had more excellent electrochemical and electrocatalytic properties such as stronger redox peak currents (approximately three-fold), smaller peak-to-peak separation (50 mV), larger heterogeneous electron transfer rate (14.1 ± 3.8s(-1)), higher surface concentration of electroactive redox protein (about 8.16 × 10(-11)mol/cm(2)), and better reproducibility and stability. The Nd-depended electrochemical properties of the Hb-Chi-BNTO biosensors may open up a new idea for designing third-generation electrochemical biosensors, and the BNTO-0.85-based biosensor is also expected to find potential applications in many areas such as biomedical, food, and environmental detection.