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
胆固醇（cholesterol）；样品基质：PBS 缓冲液、人血清
检测原理
胆固醇氧化酶（ChOx）识别并催化胆固醇与溶解氧反应，生成 5-cholest-3-one 和过氧化氢（H2O2），5-cholest-3-one 进一步异构化为 4-cholest-3-one。H2O2 可在电极表面分解并释放电子，但在高电位下发生；加入铁氰化钾 K3[Fe(CN)6] 后，电子经 Fe3+/Fe2+ 媒介在低电位传递至 Pt 电极，ZnO 纳米薄膜促进电子通信并提高 ChOx 负载量，使峰氧化电流随胆固醇浓度增加。光度法中，H2O2 在辣根过氧化物酶（HRP）催化下氧化邻联苯胺（o-dianisidine）产生有色产物，500 nm 吸光度随胆固醇浓度升高。
检测灵敏度
线性范围: 0.12–12.93 mM (5–500 mg dl−1)；灵敏度: 153 μA mM−1 cm−2；Km: 1.08 mM；响应时间: 5 s；表面浓度: 2.4 × 10−7 mol cm−2；表观酶活: 4.8 × 10−2 U cm−2
效应效果
在 5.2 mM 胆固醇存在下，分别加入葡萄糖 5 mM、尿酸 0.1 mM、乳酸 0.5 mM、抗坏血酸 0.05 mM 和尿素 1 mM，最大干扰约 4%（乳酸），表明选择性良好。生物电极在 4 ℃ 保存 10 周后仍保留超过 90% 活性，长于文献中 ZnO 基质的 4–8 周。其灵敏度 153 μA mM−1 cm−2，高于表 1 中多数 ZnO 胆固醇传感器（如 61.7 和 23.7 μA mM−1 cm−2），响应时间 5 s，线性范围宽。原文未报告 RSD、实际血清加标回收率及与 ELISA/HPLC/qPCR 的直接对比，但作者认为该 ZnO 纳米结构薄膜可用于血清胆固醇检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：Si(100) 衬底，RF 溅射 Ti（10 nm）粘附层与 Pt（100 nm）导电层，提供导电基底与电子收集
- 纳米材料修饰层：ZnO 纳米结构薄膜（含少量石墨/碳），气相传输法生长，提供大比表面积、多孔粗糙表面、静电吸附酶和电子传递
- 识别元件：胆固醇氧化酶 ChOx，物理吸附/静电作用固定于 ZnO 表面，催化胆固醇氧化
- 电子媒介：K3[Fe(CN)6] 铁氰化钾，在低电位传递 ChOx 催化产生的电子至电极
- 光度信号试剂：HRP 与 o-dianisidine，用于酶活光度测定，非固定层
中文摘要
本文报道了一种基于气相传输法制备的氧化锌（ZnO）纳米结构薄膜的胆固醇生物传感器。ZnO 薄膜生长在铂/硅（Pt/Si）衬底上，随后通过物理吸附将胆固醇氧化酶（ChOx）固定于 ZnO 表面，构成 ChOx/ZnO/Pt/Si 生物电极。安培法和光度法研究表明，该生物电极在 0.12–12.93 mM（5–500 mg/dL）范围内对胆固醇具有宽线性响应和高灵敏度。ZnO 薄膜的大比表面积有利于 ChOx 的有效负载，其良好的电子传递能力提高了电极响应。较低的 Michaelis–Menten 常数（Km = 1.08 mM）表明固定化 ChOx 对胆固醇具有较高亲和性。该生物电极在 4 ℃ 下保存超过 10 周仍保持较高活性，且对人血清中常见生物分子干扰不敏感，显示出用于血清胆固醇检测的应用潜力。
英文摘要
A zinc oxide (ZnO) nanostructured thin film synthesized by a vapour phase transport technique on a platinum coated silicon (Pt/Si) substrate has been successfully utilized for the detection of cholesterol. Amperometric and photometric studies reveal that the prepared bioelectrode ChOx/ZnO/Pt/Si is highly sensitive to the detection of cholesterol over a wide concentration range, 0.12-12.93 mM (5-500 mg dl(-1)). The higher sensitivity is attributed to the large surface area of ZnO thin film for effective loading of ChOx besides its high electron communication capability. A relatively low value of the enzyme's kinetic parameter (Michaelis-Menten constant, 1.08 mM) indicates an enhanced affinity of the enzyme (ChOx) towards the analyte (cholesterol). The prepared bioelectrode is found to exhibit a long shelf life of more than 10 weeks, having negligible interference from the presence of other biomolecules present in human serum indicating potential application of the ZnO nanostructured thin film for cholesterol sensing.