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
葡萄糖（glucose, Glc），样品基质为0.1 M PBS（pH 7.4）缓冲液
检测原理
该传感器基于葡萄糖氧化酶（GOx）在刺状ZnO/Cu纳米复合电极上的直接电子转移（DET）。葡萄糖进入生物复合膜后被GOx催化氧化，伴随O2消耗并生成H2O2；HRP将H2O2分解，降低其对GOx的失活作用。GOx中FAD氧化还原中心与ZnO/Cu纳米界面发生直接电子交换，刺状ZnO/Cu结构提供高比表面积和连续导电通路，Au纳米颗粒进一步加速电子传递。在-0.39 V下，葡萄糖浓度升高使酶促氧化还原电流增大，从而通过安培法读出葡萄糖浓度。
检测灵敏度
LOD: ∼0.04 mM (S/N=3)；线性范围: 1–15 mM；灵敏度: 97 nA/mM；R^2 = 0.993
效应效果
传感器在0.1 M PBS中对葡萄糖快速响应，6 s内达到稳态电流的95%。0.1 mM抗坏血酸（AA）、尿酸（UA）和多巴胺（DA）均无明显干扰。4 °C保存15天后保留约95%初始灵敏度；5个独立电极的葡萄糖检测累积偏差为2.1%。KMapp为1.47 mM，低于文献HRP-GOx层状电极的7.3 mM。灵敏度为97 nA/mM，作者称优于许多报道，并提及Ag/CNTs传感器为135.9 μA/mM。作者认为该无介质电化学葡萄糖传感器适用于糖尿病诊断与治疗监测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：ITO（indium tin oxide）导电玻璃片，作为工作电极基底
- 合金前驱层：Cu-Zn合金层，由反应射频磁控溅射沉积，腐蚀后形成ZnO/Cu复合
- 纳米修饰层：刺状ZnO/Cu纳米复合材料，原位腐蚀生长，提供大比表面积、导电通路和酶固定界面
- 生物复合膜：壳聚糖（CS）基生物复合膜，通过电沉积形成交联基质，固定酶和纳米组分
- 催化识别元件：葡萄糖氧化酶（GOx），催化葡萄糖氧化并实现直接电子转移信号
- 辅助酶：辣根过氧化物酶（HRP），分解葡萄糖氧化产生的H2O2，提高GOx稳定性
- 亲和固定元件：刀豆蛋白A（Con A），与糖蛋白/多糖（GOx、HRP、CS）亲和结合，辅助固定
- 纳米导电组分：金纳米颗粒（Au nanoparticles），增强膜机械强度并加速电极与蛋白电子交换
中文摘要
本文报道了一种用于酶直接电化学和生物传感的刺状ZnO/Cu纳米复合材料。作者采用简单腐蚀法在ITO电极上原位定向生长ZnO/Cu纳米复合结构，使纳米ZnO与电极之间具有牢固的机械粘附和良好电接触，有利于氧化还原蛋白与电极间的直接电子转移。SEM显示该纳米复合结构具有较大比表面积，有利于固定生物分子并构建生物传感器。以葡萄糖氧化酶（GOx）为模型，将其固定于ZnO/Cu纳米复合电极上构建葡萄糖传感器，实现了GOx的直接电子转移，异相电子转移速率常数为0.67±0.06 s^-1。结果表明，该ZnO/Cu纳米复合材料可作为酶直接电化学和无介质酶生物传感器的良好基质。
英文摘要
Unique structured nanomaterials can facilitate the direct electron transfer between redox proteins and the electrodes. Here, in situ directed growth on an electrode of a ZnO/Cu nanocomposite was prepared by a simple corrosion approach, which enables robust mechanical adhesion and electrical contact between the nanostructured ZnO and the electrodes. This is great help to realize the direct electron transfer between the electrode surface and the redox protein. SEM images demonstrate that the morphology of the ZnO/Cu nanocomposite has a large specific surface area, which is favorable to immobilize the biomolecules and construct biosensors. Using glucose oxidase (GOx) as a model, this ZnO/Cu nanocomposite is employed for immobilization of GOx and the construction of the glucose biosensor. Direct electron transfer of GOx is achieved at ZnO/Cu nanocomposite with a high heterogeneous electron transfer rate constant of 0.67 ± 0.06 s(-1). Such ZnO/Cu nanocomposite provides a good matrix for direct electrochemistry of enzymes and mediator-free enzymatic biosensors.