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, Glc），样品基质为 0.1 M PBS 缓冲液（含 10 mM NAD+）
检测原理
该传感器以 GDH 为识别元件，葡萄糖在 GDH 催化下发生氧化，同时溶液中的 NAD+ 被还原为 NADH。生成的 NADH 在 PPS-SWCNT 复合膜界面发生电化学氧化：PPS 作为氧化还原介体接受 NADH 的电子，SWCNT 导电网络将电子快速传递至 EPPG 电极，从而在 0.0 V 检测电位下产生安培电流。葡萄糖浓度升高时，酶催化生成的 NADH 增多，稳态电流随之增大，实现定量检测。低电位工作避免了尿酸和抗坏血酸等电活性干扰物的氧化，提高选择性。
检测灵敏度
LOD: 0.3 mM；线性范围: 50–700 mM；灵敏度: 96.5 mA cm−2 mM−1
效应效果
该传感器在 0.0 V 下对葡萄糖具有良好选择性，0.5 mM 尿酸和抗坏血酸加入后葡萄糖信号无明显变化。连续 30 min 监测 0.5 mM 葡萄糖时信号漂移约 10%，表现出一定抗污能力；4 ℃ 干燥保存 1 个月后响应仅下降约 8%。其线性范围 50–700 mM 宽于 GOx-Ag/CNT/CHIT（0.5–50 mM）和 GC/CNT-CHIT-GDI（5–300 mM）电极，灵敏度 96.5 mA cm−2 mM−1 高于 GC/CNTs/(PTBO)/GOx（14.5 mA M−1 cm−2）和 Au/GOx/ZnONT（21.7 mA M−1 cm−2）。作为生物阳极的葡萄糖/O2 燃料电池开路电压约 0.82 V，最大功率密度 64.0 mW cm−2，高于先前报道的 2.1 和 15.8 mW cm−2。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：边缘面热解石墨（EPPG）工作电极，提供导电基底与电化学信号换能
- 纳米材料修饰层：单壁碳纳米管（SWCNTs）涂覆层，形成导电网络并增大电极比表面积
- 导电聚合物/电子介体层：聚苯并花菁（PPS）电聚合膜，作为氧化还原介体促进 NADH 氧化电子传递
- 识别元件：葡萄糖脱氢酶（GDH），催化葡萄糖氧化并生成 NADH
- 酶固定基质：牛血清白蛋白（BSA）与戊二醛（GA）交联层，固定 GDH 并维持酶活性
- 辅因子/电子受体：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸氧化型（NAD+），参与 GDH 催化反应并被还原为 NADH
中文摘要
本文报道了一种基于脱氢酶的新型安培葡萄糖生物传感器。将葡萄糖脱氢酶（GDH）固定于经聚苯并花菁（PPS）功能化单壁碳纳米管（SWCNTs）修饰的边缘面热解石墨（EPPG）电极表面，构成 GDH/PPS-SWCNT/EPPG 生物阳极。PPS-SWCNT/EPPG 电极先通过涂覆 SWCNTs，再在 EPPG 上电聚合苯并花菁制备。采用循环伏安法和安培法评价该电极在葡萄糖存在下的性能。结果表明，该电极具有宽线性范围（50–700 mM）、低检出限（0.3 mM）、快速响应（1–2 s）、高灵敏度（96.5 mA cm−2 mM−1）以及抗干扰和抗污能力。此外，该生物阳极被用于葡萄糖/O2 生物燃料电池，在 40 mM 葡萄糖、0.3 V 电池电压下，最大输出功率密度可达 64.0 mW cm−2。
英文摘要
A new type of dehydrogenase-based amperometric glucose biosensor was constructed using glucose dehydrogenase (GDH) which was immobilized on the edge-plane pyrolytic graphite (EPPG) electrode modified with poly(phenosafranin)-functionalized single-walled carbon nanotubes (PPS-SWCNTs). The PPS-SWCNT-modified EPPG electrode was prepared by electropolymerization of phenosafranin on the EPPG electrode which had been previously coated with SWCNTs. The performance of the GDH/PPS-SWCNT/EPPG bioanode was evaluated using cyclic voltammetry and amperometry in the presence of glucose. The GDH/PPS-SWCNT/EPPG electrode possesses promising characteristics as a glucose sensor: a wide linear dynamic range of 50 to 700 μM, low detection limit of 0.3 μM, fast response time (1-2 s), high sensitivity (96.5 μA cm(-2) mM(-1)), and anti-interference and anti-fouling abilities. Moreover, the performance of the GDH/PPS-SWCNT/EPPG bioanode was tested in a glucose/O(2) biofuel cell. The maximum power density delivered by the assembled glucose/O(2) biofuel cell could reach 64.0 μW cm(-2) at a cell voltage of 0.3 V with 40 mM glucose.