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
胆固醇（cholesterol）；样品基质：PBS 缓冲液、血液血清
检测原理
胆固醇在胆固醇氧化酶（ChOx）催化下与氧气反应，生成胆固醇-4-烯-3-酮和过氧化氢（H2O2）。H2O2 在 0.45 V 工作电位下于铂–金杂化氧化锌纳米棒（Pt–Au@ZnONRs）、多壁碳纳米管（MWCNTs）和氧化锌纳米棒（ZnONRs）表面发生电氧化，产生与 H2O2 浓度成正比的安培电流。由于 H2O2 生成量与胆固醇浓度成正比，电流随胆固醇浓度升高而增大。MWCNTs 提供导电通道并促进电子传递，ZnONRs 高等电点通过静电作用固定 ChOx 并维持酶活性，Pt 和 Au 杂化纳米结构增强 H2O2 电催化活性，形成协同放大。稳态电流在 0.1–759.3 μM 范围内线性响应。
检测灵敏度
LOD: 0.03 μM；线性范围: 0.1–759.3 μM；灵敏度: 26.8 μA mM−1；R = 0.997
效应效果
该传感器响应时间小于 6 s（达到 95% 稳态电流），优于 MWCNTs/SiO2-CS（10 s）、聚苯胺（40 s）和溶胶-凝胶（51 s）等胆固醇传感器，也远快于比色法（5 min 和 12 min）。对 0.1 mM 胆固醇的 8 次重复测量 RSD 为 2.4%；4 ℃ 保存 4 周后保留 82.5% 初始响应。加入 0.1 mM 抗坏血酸、尿酸、L-胱氨酸对 0.2 mM 胆固醇响应干扰低于 3.8%。用于血清样品检测，无需复杂前处理，结果与医院生化分析仪接近，相对偏差 -3.6% 至 4.5%，加标回收率 97.3%–102.4%。作者认为该平台可用于胆固醇及 H2O2 相关电化学检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE），作为工作电极和电子传导基底
- 导电/分散修饰层：壳聚糖（CS）–多壁碳纳米管（MWCNTs）复合膜，分散 MWCNTs 并提供导电通道与吸附位点
- 纳米材料修饰层：铂–金杂化功能化氧化锌纳米棒（Pt–Au@ZnONRs），由氨基功能化 ZnO 纳米棒（ZnONRs）表面 Au 种子诱导 Pt 壳形成，催化 H2O2 电氧化
- 识别元件：胆固醇氧化酶（ChOx），通过吸附和静电作用固定，催化胆固醇氧化生成 H2O2
- 信号标记物/反应产物：过氧化氢（H2O2），酶反应产物，在催化层上电氧化产生电流
- 检测介质：0.05 M PBS（pH 7.0）含 0.9% NaCl，维持酶活性和离子强度
- 信号读出：电化学工作站（CHI660D）三电极体系，0.45 V 安培法检测电流
中文摘要
本文提出一种基于铂–金杂化功能化氧化锌纳米棒（Pt–Au@ZnONRs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）修饰电极的高灵敏胆固醇生物传感器。首先通过化学合成法制备 Pt–Au@ZnONRs：以氨基功能化氧化锌纳米棒为基底，利用金纳米种子诱导铂壳生长，形成铂–金杂化纳米结构。随后将 Pt–Au@ZnONRs 悬浮液滴涂于壳聚糖–MWCNTs 修饰的玻璃碳电极表面，并通过纳米材料与胆固醇氧化酶（ChOx）之间的吸附作用以及氧化锌纳米棒与 ChOx 之间的静电作用固定 ChOx。MWCNTs 与 Pt–Au@ZnONRs 的协同作用为 ChOx 提供了良好的生物相容微环境，促进电子传递并催化过氧化氢电氧化，从而提高传感器响应。该传感器对胆固醇在 0.1–759.3 μM 范围内呈线性响应，检出限为 0.03 μM，灵敏度为 26.8 μA mM−1，表观 Michaelis 常数为 1.84 mM，表明 ChOx 与胆固醇具有较高亲和力。
英文摘要
A novel scheme for the fabrication of gold/platinum hybrid functionalized ZnO nanorods (Pt-Au@ZnONRs) and multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) modified electrode is presented and its application for cholesterol biosensor is investigated. Firstly, Pt-Au@ZnONRs was prepared by the method of chemical synthesis. Then, the Pt-Au@ZnONRs suspension was dropped on the MWCNTs modified glass carbon electrode, and followed with cholesterol oxidase (ChOx) immobilization by the adsorbing interaction between the nano-material and ChOx as well as the electrostatic interaction between ZnONRs and ChOx molecules. The combination of MWCNTs and Pt-Au@ZnONRs provided a favorable environment for ChOx and resulted in the enhanced analytical response of the biosensor. The resulted biosensor exhibited a linear response to cholesterol in the wide range of 0.1-759.3 μM with a low detection limit of 0.03 μM and a high sensitivity of 26.8 μA mM(-1). The calculated apparent Michaelis constant K(M)(app) was 1.84 mM, indicating a high affinity between ChOx and cholesterol.