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
铜离子（Cu2+）；样品基质：饮用水/环境水样（50 mM醋酸铵缓冲液，pH 7.0）
检测原理
传感器以ITO玻璃为工作电极，ZnO纳米线阵列作模板电聚合制备垂直PPy纳米管阵列，再引入Py-β-COOH形成PPy-COOH，并用EDC/NHS将GGH三肽共价固定。GGH中的组氨酸残基对Cu2+具有选择性配位能力，使样品中的Cu2+被捕获在电极表面。检测时将电极转入无铜缓冲液，在-1.0 V预还原60 s，使结合态Cu2+转化为Cu0；随后用SWV扫描，Cu0在约-168 mV处氧化为Cu2+，产生与结合铜量成正比的氧化峰电流。PPy纳米管提供高比表面积和电子传导，过氧化PPy降低背景，从而实现痕量Cu2+检测。
检测灵敏度
LOD: 46 nM；线性范围: 0.1–30 μM；R^2 = 0.9902
效应效果
该电极对Cu2+选择性良好，在Ni2+、Pb2+和Co2+存在下几乎无响应。五次独立测量相对标准偏差为4.5%。每次检测后用100 mM EDTA浸泡10 min再生，峰电流仅下降3–4%，电极可重复使用超过1个月。实际饮用水未经预处理直接测定，加标0、0.5、1.0、3.0、5.0和10 μM Cu2+，峰电流随加标浓度线性增加，线性相关系数R2=0.9859；原水无明显电化学响应。与文献报道的导电聚合物修饰电极相比，该传感器线性范围达到0.1–30 μM，且实际水样无需复杂前处理，可用于饮用水和环境水样中Cu2+的稳定检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：ITO玻璃（indium–tin oxide, ITO），导电基底并作为电化学工作电极。
- 模板层（制备后去除）：ZnO纳米线阵列（ZnO NW arrays），电沉积形成有序模板，引导PPy纳米管取向。
- 导电聚合物层：聚吡咯纳米管阵列（PPy NT arrays），电聚合形成高比表面积导电纳米结构。
- 功能化修饰层：3-吡咯羧酸（Py-β-COOH）经电聚合/β-端偶联形成PPy-COOH，提供表面羧基。
- 识别元件层：三肽Gly-Gly-His（GGH），经EDC/NHS与羧基共价偶联，选择性捕获Cu2+。
- 信号标记物：被测Cu2+本身作为电活性标记，结合后被还原并在SWV中氧化产生电流。
- 读出层：三电极体系与CHI 660C电化学工作站，以SWV读取峰电流。
中文摘要
本文报道了一种新型电化学生物传感器，该传感器以功能化聚吡咯（PPy）纳米管阵列为核心，并在其表面修饰三肽Gly-Gly-His（GGH），用于铜离子（Cu2+）的电化学分析。垂直取向的PPy纳米管阵列以电沉积在氧化铟锡（ITO）玻璃上的氧化锌（ZnO）纳米线阵列为模板，通过电聚合方法制备。随后，在PPy纳米管表面电聚合3-吡咯羧酸，使聚合物表面引入羧基；这些羧基再与三肽的氨基通过酰胺键共价偶联，形成GGH修饰的PPy纳米管阵列电极。上述结构经衰减全反射红外光谱（ATR-IR）确认。该电极采用方波伏安法（SWV）对多种痕量铜离子进行检测，在0.1–30 μM范围内对Cu2+表现出高灵敏度和高选择性，并且在重复使用后仍保持较高的稳定性和重现性。
英文摘要
A novel electrochemical biosensor based on functionalized polypyrrole (PPy) nanotube arrays modified with a tripeptide (Gly-Gly-His) proved to be highly effective for electrochemical analysis of copper ions (Cu(2+)). The vertically oriented PPy nanotube arrays were electropolymerized by using modified zinc oxide (ZnO) nanowire arrays as templates which were electrodeposited on indium-tin oxide (ITO) coated glass substrates. The electrodes were functionalized by appending pyrrole-α-carboxylic acid onto the surface of polypyrrole nanotube arrays by electrochemical polymerization. The carboxylic groups of the polymer were covalently coupled with the amine groups of the tripeptide, and its structural features were confirmed by attenuated total reflection infrared (ATR-IR) spectroscopy. The tripeptide modified PPy nanotube arrays electrode was used for the electrochemical analysis of various trace copper ions by square wave voltammetry. The electrode was found to be highly sensitive and selective to Cu(2+) in the range of 0.1-30 μM. Furthermore, the developed biosensor exhibited a high stability and reproducibility, despite the repeated use of the biosensor electrode.