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
过氧化氢（H2O2）；样品基质：PBS 缓冲液、牛奶、美白霜（bleaching cream）
检测原理
该传感器以 GC/TiNnp 为导电基底，TiNnp 与 NH2-IL 协同促进催化酶（catalase）的直接电子转移。NH2-IL 先经电氧化共价固定，再与带负电 catalase 静电交替组装成 {(NH2-IL)-catalase}n 多层膜。在 PBS pH 7 中，catalase 血红素铁中心可在电极表面发生可逆直接电子转移；当 H2O2 扩散进入多层膜并与 catalase 作用时，酶催化 H2O2 还原，电子经 TiNnp/NH2-IL 界面传递至 GC 电极，在恒电位 -0.35 V 下产生还原电流。电流随 H2O2 浓度增加而增大，低浓度呈线性，高浓度出现 Michaelis–Menten 平台；双分子层数增加使活性酶负载量线性增加，从而放大电流响应。
检测灵敏度
LOD: 100 nM (S/N=3)；LOD: 10 μM (S/N=3)；线性范围: 0.001–2.1 mM；线性范围: 0.1–1.1 mM；灵敏度/斜率: 380 μA mM−1 cm−2；CV 斜率: 5.416 μA mM−1；R^2 = 0.9991；R^2 = 0.9995
效应效果
该传感器重现性高，250 次循环后保留约 95% 活性，4 ℃ 储存 7 d 后还原峰电流仅降约 4%；4 μM H2O2 安培监测 1000 s 后保留 97% 电流，10 s 达 95% 稳态。实际样品标准加入法：牛奶稀释 9 倍，本底 5.52±0.20 μM，加标 10 μM 测得 15.96±0.40 μM，回收率 102.86±2.5%；美白霜本底 58.77±0.60 μM，加标 10 μM 测得 67.97±0.70 μM，回收率 98.83±1.30%。与表 1 其他 catalase 基 H2O2 传感器相比，灵敏度 380 μA mM−1 cm−2、LOD 100 nM、线性范围 0.001–2.1 mM 具有竞争力，可用于第三代生物传感器、生物燃料电池和生物电子器件。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GC），提供导电基底与电子转移动力
- 纳米材料修饰层：氮化钛纳米粒子（TiNnp，平均粒径 20±5 nm，比表面积 80 m2/g），滴涂于 GC 表面，增强比表面积与电子转移
- 共价固定层：胺端离子液体（NH2-IL，1-(3-氨基丙基)-3-甲基咪唑溴化物），经电氧化胺基共价附着于 GC/TiNnp，提供正电荷界面
- 识别/催化元件：催化酶（catalase，CAT，牛肝来源，EC 1.11.1.6），通过静电/离子相互作用固定，催化 H2O2 还原并实现直接电子转移
- 多层组装层：NH2-IL/catalase 双分子层重复 n 次（{(NH2-IL)-catalase}n），正负电荷交替静电自组装，调控酶负载量与灵敏度
- 信号读出：三电极电化学系统（工作电极 GC/TiNnp/(catalase/NH2-IL)n，辅助 Pt 丝，参比 Ag/AgCl/satd. KCl），循环伏安/恒电位安培检测 H2O2 还原电流
中文摘要
本文采用简单便捷的层层自组装（LBL）方法，在玻璃碳（GC）电极上构建由催化酶（catalase）与含胺端离子液体（NH2-IL，1-(3-氨基丙基)-3-甲基咪唑溴化物）和氮化钛纳米粒子（TiNnp）纳米复合物的多层膜。首先通过电氧化将薄层 NH2-IL 共价固定于 GC/TiNnp 电极表面；随后利用带正电 NH2-IL 与带负电催化酶交替静电自组装，构建对过氧化氢（H2O2）敏感的第三代生物传感器，其响应与双分子层数直接相关。每个双分子层中活性催化酶表面覆盖量、异相电子转移速率常数 ks 和 Michaelis–Menten 常数 KM 分别为 3.32×10^-12 mol cm^-2、5.28 s^-1 和 1.1 mM。该传感器稳定性好、重现性高、寿命长，安培响应快，灵敏度达 380 μA mM^-1 cm^-2，在至 2.1 mM 的浓度范围内检出限为 100 nM。
英文摘要
A novel, simple and facile layer by layer (LBL) approach is used for modification of glassy carbon (GC) electrode with multilayer of catalase and nanocomposite containing 1-(3-Aminopropyl)-3-methylimidazolium bromide (amine terminated ionic liquid (NH(2)-IL)) and titanium nitride nanoparticles (TiNnp). First a thin layer of NH(2)-IL is covalently attached to GC/TiNnp electrode using electro-oxidation method. Then, with alternative self assemble positively charged NH(2)-IL and negatively charged catalase a sensitive H(2)O(2) biosensor is constructed, whose response is directly correlated to the number of bilayers. The surface coverage of active catalase per bilayer, heterogeneous electron transfer rate constant (k(s)) and Michaelis-Menten constant (K(M)) of immobilized catalase were 3.32×10(-12) mol cm(-2), 5.28s(-1) and 1.1 mM, respectively. The biosensor shows good stability, high reproducibility, long life-time, and fast amperometric response with the high sensitivity of 380 μA mM(-1)cm(-2) and low detection limit of 100 nM at concentration range up to 2.1 mM.