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
葡萄糖（glucose, D-glucose）；样品基质为 PBS 缓冲液、商业葡萄糖溶液及 Sugar-Chex 全血葡萄糖线性标准（稳定全血基质）
检测原理
该传感器采用无中介体安培检测。葡萄糖扩散穿过 Nafion 限制膜到达 GOx 层，GOx 催化葡萄糖氧化，其 FAD/FADH2 辅基发生两电子两质子循环；生成的 FADH2 进一步催化还原溶液中的溶解氧，使氧浓度下降。在 -0.45 V（vs. Ag/AgCl）下，电极对氧还原产生阴极电流，葡萄糖浓度越高，氧消耗越多，阴极电流下降越大，从而通过 i–t 曲线读出葡萄糖浓度。APTES 提供氨基并经 EDC 共价固定 GOx，石墨烯增大表面积提高 GOx 负载，低电位工作减少电活性干扰物氧化。
检测灵敏度
动态范围: 0.5–32 mM；线性范围: 1–32 mM；糖尿病病理生理范围: 1–28 mM；全血标准验证范围: 1.4–27.9 mM
效应效果
在病理生理浓度下，抗坏血酸、尿酸、对乙酰氨基酚、多巴胺、肌酐、四环素、胆红素、水杨酸盐、布洛芬、甲苯磺丁脲、妥拉唑脲和麻黄碱等未干扰 6.8 mM 全血葡萄糖检测。25 个电极对 4 mM 葡萄糖检测显示良好生产重现性，可转印至丝网印刷实现量产。室温干燥存储 5 周，前 3 周电流响应无下降，后 2 周下降 12%；BCA 蛋白测定显示 GOx 结合 9 周稳定。电极浸入 1 mM Sugar-Chex 全血标准 7 天，每天检测 6.8 mM 无生物污染影响。作者称其动态/线性范围优于已报道石墨烯葡萄糖传感方法，并认为优于商用连续血糖监测设备（酶电极仅可用 5 天），适合糖尿病血糖监测。
传感器的构成
- 基底电极：玻璃碳电极（GCE），经氧化铝抛光和 1% KOH 处理生成羟基，提供导电基底与硅烷化位点
- 硅烷分散/修饰层：3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES），分散石墨烯并与 GCE/石墨烯羟基形成硅氧烷键，提供游离氨基
- 纳米导电层：石墨烯（graphene），增大电极表面积并促进电子传递，提高 GOx 固定密度
- 识别元件：葡萄糖氧化酶（GOx），催化葡萄糖氧化并消耗氧，产生安培信号
- 交联剂：1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳二亚胺盐酸盐（EDC），活化 GOx 羧基，与 APTES 氨基形成酰胺键共价固定 GOx
- 限制膜：0.5% Nafion，覆盖 GOx 层，允许葡萄糖扩散并阻挡较大干扰物
中文摘要
本文报道了一种无中介体葡萄糖生物传感器，通过将葡萄糖氧化酶（GOx）固定于石墨烯功能化玻璃碳电极（GCE）实现。GCE 表面通过与分散在 3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）中的石墨烯孵育进行功能化；APTES 既作为石墨烯分散剂，又作为 GCE 和石墨烯的氨基表面修饰剂。随后采用 1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳二亚胺盐酸盐（EDC）基交联，将 GOx 共价固定到石墨烯功能化 GCE 上。石墨烯通过提供更大表面积增强 GOx 结合信号，APTES 功能化则通过提供游离氨基提高 GOx 固定密度。所开发传感器在 -0.45 V（vs. Ag/AgCl）下检测糖尿病病理生理范围 0.5–32 mM 葡萄糖，未受内源性电活性物质和药物代谢物干扰。该传感器进一步用于检测商业人工血葡萄糖线性标准中 1.4–27.9 mM 的血葡萄糖，因此适合糖尿病血糖监测。所开发的 GOx 结合石墨烯功能化 GCE 制备流程具有高生产重现性和高存储稳定性，适合酶结合电极的商业化量产。
英文摘要
A mediatorless glucose biosensor was developed by the immobilization of glucose oxidase (GOx) to graphene-functionalized glassy carbon electrode (GCE). The surface of GCE was functionalized with graphene by incubating it with graphene dispersed in 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES), which acted both as a dispersion agent for graphene and as an amine surface modification agent for GCE and graphene. This was followed by the covalent binding of GOx to graphene-functionalized GCE using 1-ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride (EDC) based crosslinking. Graphene provided signal enhancement by providing greater surface area for GOx binding, while APTES-functionalization led to a higher GOx immobilization density by providing free amino groups for crosslinking. The developed biosensor used a redox potential of -0.45 V (vs. Ag/AgCl) for detecting glucose in the diabetic pathophysiological range 0.5-32 mM. There was no interference from endogenous electroactive substances and drug metabolites. The developed biosensor was further validated for detecting blood glucose in commercial artificial blood glucose linearity standards in the range 1.4-27.9 mM. Therefore, it is ideal for diabetic blood glucose monitoring. The developed bioanalytical procedure for preparation of GOx-bound graphene-functionalized GCEs had high production reproducibility and high storage stability, which is appropriate for the commercial mass production of enzyme-bound electrodes.