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
L-乳酸（L-lactic acid，L-lactate）；样品基质：磷酸盐缓冲溶液（PBS, pH 7.4），文中提及可用于适当稀释的血样
检测原理
该传感器以乳酸氧化酶（LOD）为识别元件。LOD 催化 L-乳酸与溶解氧反应生成丙酮酸和过氧化氢（H2O2）。在固定电位（约 800 mV）下，H2O2 在金电极表面发生氧化反应，释放电子并产生安培电流。ZnO 纳米四足具有三维网络结构和大比表面积，可通过静电吸附负载更多 LOD，同时提供多端电荷转移通道，促进酶活性位点与电极之间的电子传递以及 PBS 中离子交换；Nafion 膜起保护和固定酶的作用。随着 L-乳酸浓度升高，催化生成的 H2O2 增多，电极氧化电流随之增大，从而实现定量检测。
检测灵敏度
LOD: 1.2 mM；线性范围: 3.6 mM–0.6 mM；灵敏度: 28.0 mA cm−2 mM−1；R^2 = 0.9952
效应效果
该传感器响应较快，加入 L-乳酸后平均 10 s 内达到最大稳态电流的 90%。灵敏度测定重复性为 n = 3，RSD = 4.9%。稳定性方面，电极在 4 °C 保存并连续使用 34 次后，CV 电流无明显下降。与表 1 中其他 L-乳酸电化学传感器相比，其灵敏度（28.0 mA cm−2 mM−1）高于 Pt–Ag/AgCl 薄膜（0.07）、氢钛酸盐纳米管（0.24）、多壁碳纳米管/铂纳米粒子（6.36）、碳纤维微电极（9.15）和水凝胶光刻电极阵列（1.1）等报道值。作者认为该传感器结构简单、成本低，低检出限和较低线性范围适合微量分析，可用于适当稀释血样中乳酸检测以反映人体健康状况。
传感器的构成
- 基底电极：金电极（Au electrode），直径 2 mm，作为工作电极与电荷换能基底
- 底层修饰层：Nafion（5 wt%）溶液滴涂于 Au 表面，形成初始修饰层
- 纳米吸附层：ZnO 纳米四足（ZnO nanotetrapods）分散液滴涂干燥，形成三维网络，提供多端电荷转移通道
- 识别元件：乳酸氧化酶（LOD，lactate oxidase）通过静电吸附固定于 ZnO 表面，催化 L-乳酸氧化
- 保护层：Nafion 滴涂于 LOD/ZnO/Au 表面干燥，形成保护膜并固定酶
- 反应介质：0.1 M PBS（pH 7.4）与溶解 O2，提供酶催化反应环境
- 信号产物：H2O2，由 LOD 催化 L-乳酸与 O2 生成并在电极表面氧化产生电流
- 检测系统：三电极体系（Pt 辅助电极、Ag/AgCl 参比电极）与电化学工作站（Solartron SI 1287），用于 CV 和安培测量
中文摘要
本文报道了一种基于氧化锌（ZnO）纳米四足结构的安培型电化学生物传感器，用于检测 L-乳酸。乳酸氧化酶（LOD）通过静电吸附方式固定在 ZnO 纳米四足表面。与传统检测器不同，具有四条腿的独立 ZnO 纳米结构作为酶吸附层，可提供多端电荷转移通道；同时，大量 ZnO 纳米四足随机堆叠自然形成三维网络结构，有利于磷酸盐缓冲溶液中电子和离子的传输。安培响应测量结果表明，该 ZnO 纳米四足 L-乳酸生物传感器的检出限为 1.2 mM，表观 Michaelis–Menten 常数为 0.58 mM，灵敏度为 28.0 mA cm−2 mM−1，并在 3.6 mM–0.6 mM 范围内对 L-乳酸浓度呈现良好线性响应。研究说明，基于 ZnO 四足纳米结构的生物传感器具有较高灵敏度和快速响应能力，可用于乳酸检测。
英文摘要
An amperometric biosensor based on zinc oxide (ZnO) nanotetrapods was designed to detect L-lactic acid. The lactate oxidase was immobilized on the surface of ZnO nanotetrapods by electrostatic adsorption. Unlike traditional detectors, the special four-leg individual ZnO nanostructure, as an adsorption layer, provides multiterminal charge transfer channels. Furthermore, a large amount of ZnO tetrapods are randomly stacked to form a three-dimensional network naturally that facilitates the exchange of electrons and ions in the phosphate buffer solution. Utilizing amperometric response measurements, the prepared ZnO nanotetrapod L-lactic acid biosensor displayed a detection limit of 1.2 μM, a low apparent Michaelis-Menten constant of 0.58 mM, a high sensitivity of 28.0 μA cm(-2) mM(-1) and a good linear relationship in the range of 3.6 μM-0.6 mM for the L-lactic acid detection. This study shows that the biosensor based on ZnO tetrapod nanostructures is highly sensitive and able to respond rapidly in detecting lactic acid.