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
L-色氨酸（L-tryptophan, Trp）；样品基质：0.1 M PBS（pH 4.0）、氨基酸注射液（18AA）、Dulbecco 改良 Eagle 培养基（D-MEM）
检测原理
在 pH 4.0 的 0.1 M PBS 中，L-色氨酸（Trp，pI 5.89）带正电，被 Nafion 阳离子交换膜静电吸附并富集于电极界面。石墨烯（GR）提供高比表面积和快速电子传递通道，Co3O4 纳米颗粒则作为电催化中心，降低 Trp 直接电氧化过电位并促进电子转移。Trp 在 Co3O4/GR/Nafion/GCE 表面发生两电子氧化反应，氧化峰电位较裸 GCE 负移，氧化峰电流随 Trp 浓度增加而增大。方波伏安法在固定电位读取峰电流，电流响应与 Trp 浓度呈线性关系，从而实现定量检测。
检测灵敏度
LOD: 0.01 mM (S/N = 3)；线性范围: 0.05–10 mM；R = 0.996；灵敏度斜率: 0.1859 mA/mM；电流灵敏度: 2631.28 mA mM−1 cm2；回归方程: Ip (mA) = 0.4166 + 0.1859C (mM)
效应效果
该传感器对 100 倍葡萄糖、半胱氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸和亮氨酸无明显干扰；5 mM 多巴胺（DA）和 10 mM 尿酸（UA）与 Trp 共存时，因氧化电位分离，对 Trp 测定无干扰。对 10 mM Trp 连续 8 次测量 RSD 为 4.3%；室温储存 4 周后催化电流保持初始值的 94%。实际样品中，氨基酸注射液 Trp 标称 5.70 mg L−1，测得 5.51 和 5.62 mg L−1，回收率 96.7% 和 98.6%，RSD 0.67% 和 0.89%；D-MEM 中 Trp 标称 0.784 mM，测得 0.794 和 0.776 mM，回收率 101.28% 和 99.04%，RSD 3.5% 和 2.8%。与文献修饰电极相比，其灵敏度更高，作者认为可用于食品、药品和生物样品中 Trp 检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE），经抛光和清洗，提供导电基底与电化学换能界面
- 石墨烯修饰层：石墨烯（GR）悬浮液（4 mg mL−1）滴涂于 GCE 表面，提供高比表面积、快速电子传递和良好生物相容性
- Nafion 富集层：Nafion 阳离子交换聚合物与 GR 共同成膜，在 pH 4.0 下通过静电作用吸附 Trp（pI = 5.89）并固定纳米材料
- Co3O4 催化层：Co3O4 纳米颗粒在 0.1 M KCl/0.02 M CoCl2 中经循环伏安电沉积（−0.8 至 1.2 V，15 圈）生成，提供 Trp 电催化氧化活性
- 三电极体系：Pt 箔辅助电极与饱和甘汞电极（SCE），配合 GCE 构成电化学测量池
- 读出装置：CHI 842B 电化学工作站，采集 CV/SWV 电流信号并计算 Trp 浓度
中文摘要
本文报道了一种由 Co3O4 纳米颗粒修饰石墨烯（GR）复合材料构建的电化学生物传感器，用于 L-色氨酸（Trp）的灵敏测定。该复合材料通过电沉积法制备，并采用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散 X 射线光谱（EDS）、X 射线光电子能谱（XPS）和透射电子显微镜（TEM）进行表征。随后，以 Co3O4/GR/Nafion 修饰玻璃碳电极（GCE）为工作电极，利用循环伏安法（CV）和方波伏安法（SWV）研究 Trp 的直接电氧化行为。结果表明，与裸 GCE 相比，Trp 在修饰电极上的氧化峰电流明显增大，氧化峰电位负移。在优化条件下，该传感器对 Trp 的线性范围为 0.05–10 mM（R = 0.996），检出限为 0.01 mM。实验还表明，传感器具有良好的重现性、长期稳定性和高选择性，并成功应用于实际氨基酸样品中 Trp 的检测，结果令人满意。
英文摘要
A novel Co(3)O(4) nanoparticles-decorated graphene (GR) composite was synthesized by electro-deposition and characterized by scanning electron micrographs, energy dispersive X-ray spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and transmission electron microscopy. Then, amperometric biosensors based on a Co(3)O(4) nanoparticles-decorated GR composite modified glassy carbon electrode (GCE) were developed for the sensitive determination of L-tryptophan (Trp). The direct electrooxidation behaviors of Trp on the Co(3)O(4)/GR/Nafion/GCE were carefully investigated by cyclic voltammetry and square wave voltammetry. The results indicated that Trp showed an increase of the oxidation peak current with a negative shift of the oxidation peak potential compared with that on the bare GCE. Under optimum conditions, the proposed biosensor can be applied to the quantification analysis of Trp with a wide linear range covering 0.05-10 μM (R = 0.996) and a low detection limit of 0.01 μM. The experimental results also showed that the sensor exhibited good reproducibility, long-term stability as well as high selectivity. Moreover, the novel biosensor for the detection of Trp in a real amino acid sample with satisfactory results has been proved.