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
次黄嘌呤（hypoxanthine）、黄嘌呤（xanthine）；样品基质：PBS缓冲液、鱼肉提取物/食品样品
检测原理
该传感器以黄嘌呤氧化酶（XOx）为识别元件。次黄嘌呤在 XOx 催化下与溶解氧反应生成黄嘌呤和过氧化氢；黄嘌呤进一步被 XOx 催化氧化生成尿酸和过氧化氢。GNPs–SWCNH 杂化层兼具高导电性、大比表面积和良好生物相容性，可促进 XOx 固定并加速电子转移，同时对尿酸和过氧化氢的氧化具有电催化作用，使氧化电位降低。在 +0.4 V 恒定电位下，酶反应生成的尿酸和过氧化氢在铂电极表面发生氧化，产生安培电流。随着次黄嘌呤或黄嘌呤浓度升高，酶催化产物增多，氧化电流相应增大，从而实现定量检测。信号放大主要来源于酶催化连续生成可电催化产物以及 GNPs–SWCNH 对电子转移的增强。
检测灵敏度
LOD: 0.61 mM (hypoxanthine), 0.72 mM (xanthine)；线性范围: 1.5–35.4 mM (hypoxanthine), 2.0–37.3 mM (xanthine)；灵敏度: 202.4 mA M^-1 cm^-2 (hypoxanthine), 141.1 mA M^-1 cm^-2 (xanthine)
效应效果
该传感器在 +0.4 V 低电位下工作，有利于降低实际样品干扰。次黄嘌呤 5 mM 和 10 mM 五次测定 RSD 分别为 2.4% 和 1.8%，五个独立电极批间 RSD 为 5.3%。4 °C 保存一周和两周后保留 95% 和 88% 初始活性。鱼肉样品加标回收率为 96.4±0.4%（5 mM）和 98.3±0.6%（20 mM，n=3）。灵敏度高于 Nafion–XOx–Au 胶体电极（101.9 mA M^-1 cm^-2）、超分子传感器（8.2 mA M^-1 cm^-2）及金/铂纳米颗粒–聚偏二乙烯基铁电极（29.0 和 53.1 mA M^-1 cm^-2）。作者认为其简便、低成本，适用于食品与生物样品。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：铂电极（Pt），半径1 mm，经氧化铝抛光，作为电子转导基底。
- 纳米材料修饰层：单壁碳纳米角（SWCNH），提供三维多孔结构、高比表面积和生物相容性。
- 纳米材料修饰层：金纳米颗粒（GNPs），原位沉积于 SWCNH 表面，粒径5–8 nm，增强导电性和电催化活性。
- 识别元件：黄嘌呤氧化酶（XOx），催化次黄嘌呤/黄嘌呤与溶解氧反应生成尿酸和过氧化氢。
- 信号产物：尿酸（UA）和过氧化氢（H2O2），酶催化产物，在电极表面被氧化产生电流。
- 稳定/固定层：聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA），涂覆于酶层外，防止 XOx 泄漏并维持电极稳定性。
中文摘要
本文报道了一种用于安培检测次黄嘌呤和黄嘌呤的电化学生物传感器。作者通过原位还原法在单壁碳纳米角（SWCNH）表面沉积金纳米颗粒（GNPs），制备了 GNPs–SWCNH 杂化材料。该杂化材料在水溶液中至少可稳定两周，经 SEM、TEM、UV-vis 和 XPS 表征，GNPs 平均粒径为 5–8 nm，并与 SWCNH 存在较强相互作用。将 GNPs–SWCNH 修饰于铂电极后，电极对过氧化氢和尿酸的氧化表现出高电催化活性，且所需电位较低。进一步固定黄嘌呤氧化酶（XOx）并用聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）包覆，构建了 XOx–GNPs–SWCNH 生物传感器。该传感器对次黄嘌呤和黄嘌呤的线性范围分别为 1.5–35.4 mM 和 2.0–37.3 mM，检出限分别为 0.61 mM 和 0.72 mM，鱼肉样品加标回收率良好。结果表明，金纳米颗粒功能化碳纳米角为构建高灵敏电化学传感平台提供了可行途径。
英文摘要
A novel gold nanoparticles-single-walled carbon nanohorn (GNPs-SWCNH) hybrid was synthesized for the construction of an amperometric biosensing platform. The GNPs-SWCNH hybrid was stable in aqueous solution for at least two weeks, and was characterized with scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, and electrochemical impedance spectroscopy. The average diameter of GNPs in situ synthesized on the SWCNH was 5-8 nm, and the good interaction between GNPs and SWCNH was confirmed by ultraviolet-visible absorption spectroscopy. The GNPs-SWCNH immobilized on a platinum electrode showed high electrochemical activity toward the oxidation of hydrogen peroxide and uric acid with low applied potentials. Combining with the enzymatic reaction of xanthine oxidase (XOx), a biosensor for hypoxanthine and xanthine was constructed. The XOx-GNPs-SWCNH-based biosensor exhibited good responses to hypoxanthine and xanthine with the linear ranges of 1.5 to 35.4 and 2.0 to 37.3 μM, and the detection limits of 0.61 and 0.72 μM, respectively. The recovery test showed acceptable results. The gold nanoparticles functionalized carbon nanohorns provided a promising way to construct an electrochemical platform for sensitive biosensing.