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：消毒剂（disinfectant）及 0.15 M PBS（pH 8.0）
检测原理
该传感器以固定化血红蛋白（Hb）作为识别和催化元件。H2O2 扩散进入 Fe3O4/CS-Hb-Fe3O4/CS 三明治膜后，被 Hb 的血红素中心催化还原：H2O2 将还原态 Hb 氧化为氧化态 Hb(O)，同时生成水；氧化态 Hb(O) 随即氧化电子媒介体对苯二酚（HQ）为醌（Q），自身恢复还原态。醌在玻碳电极表面接受电子和质子还原为 HQ，完成媒介体循环。净反应为 H2O2 + 2e- + 2H+ → 2H2O。Fe3O4/CS 核壳微球提供生物相容环境并促进电子转移，使 Hb 保持活性。在 -0.15 V 下，H2O2 浓度升高使催化还原电流增大，安培电流与 H2O2 浓度呈线性关系。
检测灵敏度
LOD: 4.0 × 10-6 M (s/n = 3)；线性范围: 5.0 × 10-5–1.8 × 10-3 M 和 1.8 × 10-3–6.8 × 10-3 M；回归方程: ip (µA) = 0.07077 + 0.3150c (mM), R = 0.997; ip (µA) = 0.3673 + 0.1340c (mM), R = 0.993
效应效果
传感器响应迅速，10 s 内达到稳态电流的 95%，快于文献中 HRP/亲水基质电极的 40 s。选择性方面，1.0×10^-3 M 葡萄糖、L-胱氨酸、L-赖氨酸、L-甘氨酸和尿酸无明显干扰，电流比分别为 1.02、0.99、1.01、1.01 和 1.06；5.0×10^-3 M 抗坏血酸产生明显干扰，电流比为 0.37。重现性良好，同一电极五次测定 RSD 为 4.6%，五个独立电极 RSD 为 4.8%。4 ℃ PBS 中保存 30 天后保留约 89.5% 初始响应。消毒剂加标回收率为 98.1%–107.7%，与滴定法结果一致，表明可用于实际样品 H2O2 检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻碳电极（GCE），抛光清洗后作为工作电极，提供电子传导基底
- 底层修饰层：Fe3O4/CS 磁性核壳微球（Fe3O4 纳米粒子/壳聚糖 CS），涂覆 5 µL 2.0 mg/mL 悬浮液，提供生物相容环境和促进电子转移
- 识别/催化元件：血红蛋白（Hb，牛血红蛋白），滴加 10 µL 8 mg/mL，具有过氧化物酶活性，催化 H2O2 还原
- 上层修饰层：Fe3O4/CS 磁性核壳微球，再涂 5 µL，形成三明治结构，增强 Hb 固定和电子转移
- 交联固定剂：戊二醛（glutaraldehyde，8%），滴加 5 µL，交联 CS 氨基与 Hb 氨基，固定蛋白
- 电子媒介体：对苯二酚（HQ，hydroquinone），在 0.15 M PBS（pH 8.0）中浓度为 6.0×10^-4 M，介导 Hb 与电极间电子转移
- 缓冲介质：0.15 M PBS（pH 8.0），维持 Hb 活性、离子强度和电极平衡
中文摘要
本研究以磁性四氧化三铁（Fe3O4）纳米粒子和天然高分子壳聚糖（CS）为原料，通过悬浮交联法制备新型磁性 Fe3O4/CS 核壳微球。随后采用简便有效的血红蛋白（Hb）固定化方法，在玻碳电极表面构建 Fe3O4/CS-Hb-Fe3O4/CS“三明治”结构安培型过氧化氢生物传感器。在优化条件下，传感器对 H2O2 的响应时间小于 10 s，并在 5.0×10^-5–1.8×10^-3 M 和 1.8×10^-3–6.8×10^-3 M 两个浓度范围内呈现良好线性关系，检出限为 4.0×10^-6 M（信噪比 3）。表观 Michaelis-Menten 常数 Km 为 0.29 mM，表明固定化 Hb 仍保持良好生物活性。此外，传感器具有长期稳定性和良好重现性，并用于实际样品中 H2O2 浓度的测定。
英文摘要
Novel magnetic Fe(3)O(4)/chitosan (CS) microspheres were prepared using magnetic Fe(3)O(4) nanoparticles and the natural macromolecule chitosan. Then, using an easy and effective hemoglobin (Hb) immobilization method, an innovative biosensor with a Fe(3)O(4)/CS-Hb-Fe(3)O(4)/CS "sandwich" configuration was constructed. This biosensor had a fast (less than 10 s) response to H(2)O(2) and excellent linear relationships were obtained in the concentration range of 5.0 × 10(-5) to 1.8 × 10(-3) M and 1.8 × 10(-3) to 6.8 × 10(-3) M with a detection limit of 4.0 × 10(-6) M (s/n = 3) under the optimum conditions. The apparent Michaelis-Menten constant K(m) was 0.29 mM and it showed the excellent biological activity of the fixed Hb. Moreover, the biosensor had long-time stability and good reproducibility. The method was used to determine H(2)O(2) concentration in real samples.