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
刀豆蛋白A（Concanavalin A, Con A）；样品基质为含1 mM CaCl2和1 mM MnCl2的0.1 M PBS（pH 7.0）溶液，检测缓冲液为0.1 M PBS（pH 6.5）。
检测原理
该传感器以GCE为基底，MWNT–PANI作为导电修饰层和电子转移介质，其中PANI具有可逆氧化还原活性，在DPV下产生基线电流I0。D-葡萄糖经席夫碱反应固定于MWNT–PANI表面，BSA封闭非特异位点。当Con A加入后，其凝集素结合位点与D-葡萄糖发生高亲和非共价结合；由于Con A为四聚体且每个亚基含多个结合位点，可在电极表面形成较大的Con A–D-葡萄糖复合物层。该复合物非导电，阻碍PANI与电极之间的电子转移，使DPV峰电流下降为I。以ΔI=I0−I作为响应，随Con A浓度升高而增大，从而实现无外加介质的电化学检测。
检测灵敏度
LOD: 1.0 pM；线性范围: 3.3 pM–9.3 nM；灵敏度斜率: 0.0013 μA/pM；相关系数: 0.998
效应效果
该传感器对Con A具有良好选择性：与1% BSA孵育后无明显DPV响应，而对0.3 nM Con A产生显著电流下降，表明响应主要来自Con A与D-葡萄糖的特异性结合。重现性方面，基线RSD为2.1%（5个独立制备电极），33.3 pM和0.3 nM Con A的RSD分别为6.9%和6.0%。稳定性方面，同一电极连续6次测量基线RSD为1.6%；4 ℃保存10天和20天后响应分别损失约6.0%和10.0%。其1.0 pM检出限低于文献报道的75.00 pM、0.10 nM和0.13 nM。作者认为该平台可用于凝集素或碳水化合物传感及生物电化学器件构建。
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，作为电化学换能器。
- 纳米修饰层：多壁碳纳米管–聚苯胺（MWNT–PANI）纳米复合材料，由MWNT与苯胺在过硫酸钾（KPS）氧化下原位聚合制备，提供导电网络、电子转移通道和固定平台。
- 识别元件：D-葡萄糖（d-glucose），通过席夫碱反应共价固定于MWNT–PANI，作为凝集素–碳水化合物识别配体捕获Con A。
- 封闭剂：0.5%牛血清白蛋白（BSA），封闭剩余活性位点并降低非特异性吸附。
- 信号换能介质：MWNT–PANI中聚苯胺（PANI）的氧化还原活性（EB/LE转变）作为无外加介质的电子转移/信号标记层，Con A结合后阻碍电子转移使DPV电流下降。
中文摘要
本文基于凝集素–碳水化合物生物特异性相互作用，开发了一种检测刀豆蛋白A（Concanavalin A, Con A）的新方法。通过原位聚合制备多壁碳纳米管–聚苯胺（MWNT–PANI）纳米复合材料，并利用席夫碱反应将D-葡萄糖固定于电极表面。所固定的D-葡萄糖对目标凝集素Con A表现出高结合敏感性和优异选择性。采用循环伏安法（CV）、电化学阻抗谱（EIS）、透射电子显微镜（TEM）和原子力显微镜（AFM）对修饰电极的组装过程进行表征。由于Con A对D-葡萄糖具有高亲和力，且所构建传感平台稳定性良好，该生物传感器实现了对Con A的超灵敏检测，具有良好灵敏度、可接受的重现性和稳定性。响应电流变化与Con A浓度在3.3 pM至9.3 nM范围内成正比，检出限为1.0 pM。因此，MWNT–PANI纳米复合材料与凝集素–碳水化合物特殊结合力的结合，为生物电化学器件的构建提供了高效且有前景的平台。
英文摘要
In this paper, a novel method for detecting concanavalin A (Con A) was developed based on lectin-carbohydrate biospecific interactions. Multi-wall carbon nanotube-polyaniline (MWNT-PANI) nanocomposites, synthesized by in situ polymerization, were chosen to immobilize d-glucose through the Schiff-base reaction. The immobilized D-glucose showed high binding sensitivity and excellent selectivity to its target lectin, Con A. Cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), transmission electron microscopy (TEM) and atomic force microscopy (AFM) were applied to characterize the assembly process of the modified electrode. Due to the high affinity of Con A for D-glucose and high stability of the propounded sensing platform, the fabricated biosensor achieved ultrasensitive detection of Con A with good sensitivity, acceptable reproducibility and stability. The changes of response current were proportional to the Con A concentrations from 3.3 pM to 9.3 nM, with a detection limit of 1.0 pM. Therefore, the combination of MWNT-PANI nanocomposites and the special binding force between lectin and carbohydrate provides an efficient and promising platform for the fabrication of bioelectrochemical devices.