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
过氧化氢（hydrogen peroxide，H2O2），样品基质为pH 7.0磷酸盐缓冲液（PBS）
检测原理
PAM-P123有机介孔膜在玻碳电极表面形成类生物膜微环境，使血红蛋白保持天然构象并实现血红素Fe中心与电极间的直接电子转移。当H2O2存在时，Hb作为识别/催化元件催化H2O2还原，Hb血红素Fe(III)通过单电子单质子过程发生氧化还原，电子经膜内通道直接传递至GC电极，产生还原电流。稳态电流随H2O2浓度升高而增大，在1–30 μM范围内线性响应，高浓度出现平台，符合Michaelis–Menten动力学。该体系无外源标记和酶级联放大，依靠直接电子转移与Hb固有催化活性产生信号。
检测灵敏度
LOD: 4×10−7 mol·l−1 (S/N=3)；线性范围: 1–30 μM（1.0×10−6–3.0×10−5 mol·l−1）；相关系数: 0.9990
效应效果
该传感器对H2O2的安培响应5 s内达稳态电流95%。4 ℃保存7 d保留约95%初始灵敏度，1个月后保留90%；6个独立电极对10 μmol·l−1 H2O2的RSD为5.3%。与表1中Hb/P123-NGP/GC（LOD 8.24×10−6 mol·l−1）、Hb/SDS/TiO2/GC（LOD 8.7×10−8 mol·l−1）相比，本工作线性范围1.0×10−6–3.0×10−5 mol·l−1，LOD 4×10−7 mol·l−1。Km为0.036 mmol·l−1，小于Hb-CuO NWB/GC（0.176 mM）等，表明催化活性较高。未报道实际样品回收率与抗干扰实验，作者认为其适合构建第三代电化学生物传感器。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻碳电极（GC），经抛光和清洗，作为电子转导基底
- 纳米材料修饰层：PAM-P123复合膜（polyacrylamide-P123），有机介孔层状膜，提供生物相容微环境并固定Hb
- 识别/催化元件：血红蛋白（Hb，bovine hemoglobin），保持天然结构，实现直接电子转移并催化H2O2还原
- 稳定/封闭层：Nafion膜，增强修饰电极稳定性，防止Hb泄漏
- 信号标记物：无外源标记物，Hb血红素Fe(III)/Fe(II)直接电子转移产生电流信号
- 电子供体/被测物：过氧化氢（H2O2），作为底物被Hb催化还原并提供电子
中文摘要
本文报道了一种新型有机介孔材料聚丙烯酰胺-P123（PAM-P123）复合膜，用于将血红蛋白（Hb）固定于玻碳电极（GC）表面，以研究Hb的直接电子转移并构建灵敏的过氧化氢（H2O2）生物传感器。与无机介孔材料相比，PAM-P123复合膜具有更好的成膜性，便于在不同基底上制备修饰电极用于伏安测量。Nafion/Hb/PAM-P123/GC修饰电极在pH 7.0磷酸盐缓冲液中循环伏安显示约0.317 V（vs. SCE）一对清晰、准可逆的氧化还原峰，可归属于Hb血红素Fe(III)/Fe(II)的直接电子转移。该电极对H2O2表现出快速安培响应和良好稳定性，表明PAM-P123膜在构建第三代电化学生物传感器方面具有应用潜力。
英文摘要
A novel organic mesoporous material, polyacrylamide-P123 (PAM-P123) composite film, was used to incorporate hemoglobin (Hb) onto the surface of glassy carbon (GC) electrode for studying the direct electron transfer of Hb and fabricating a sensitive biosensor of H(2)O(2). Compared with inorganic mesoporous material, the PAM-P123 composite film has better film-forming property, which is particularly useful for preparing modified electrodes on various substrates for voltammetric measurements. The cyclic voltammetry of Nafion/Hb/PAM-P123/GC modified electrode showed a couple of well-defined and quasi-reversible redox peaks at about 0.317 V (vs. SCE) in pH 7.0 phosphate buffer solution. The Nafion/Hb/PAM-P123/GC modified electrode showed a fast amperometric response and good stability for the detection of hydrogen peroxide. The results indicate that the PAM-P123 film has a promising potential in fabricating third-generation electrochemical biosensors.