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（hydrogen peroxide，H2O2）；样品基质：0.1 M pH 7.0 PBS 缓冲液
检测原理
在 pH 7.0 PBS 中，H2O2 透过 SiO2-HAp 多孔杂化膜扩散至 HRP 活性中心。HRP 血红素铁以 Fe(II) 形式与 H2O2 反应：Heme-Fe2+ + H2O2 → Heme-Fe3+ + H2O；随后 Heme-Fe3+ 从 GCE 获得电子再生 Heme-Fe2+。该酶促循环使每个 H2O2 分子可多次催化电子转移，形成稳定还原电流。由于 HAp 与 SiO2 协同提供生物相容微环境和电子通道，HRP 保持直接电子转移，峰电位约 -0.37 V，峰间距小。在 -0.40 V 恒电位下，催化电流随 H2O2 浓度增加而增大，1.0–100 μM 线性，高浓度呈 Michaelis-Menten 动力学。
检测灵敏度
LOD: 0.35 μM (S/N = 3)；线性范围: 1.0–100 μM；灵敏度: 50.56 mA M−1；灵敏度斜率: 0.0506 μA μM−1；R^2 = 0.9990 (n = 21)
效应效果
该传感器在 0.1 M pH 7.0 PBS 中连续循环伏安扫描（−0.7 至 0 V）2 h 后，峰电流仅下降 4.1%；在 4 °C PBS 中保存 2 周后仍保留 95% 初始响应。6 个传感器测定 50 μM H2O2 的相对标准偏差为 5.2%。稳态电流约 5 s 达到最大值的 95%，快于纯二氧化硅修饰电极的约 10 s。与文献报道方法相比，其检出限更低、灵敏度更高。原文未报告选择性、抗干扰、实际样品加标回收率及与 ELISA/HPLC/qPCR 的对比。作者认为 HAp–SiO2 杂化膜可改善 HRP 固定化微环境，为直接电子转移和 H2O2 传感器开发提供新策略。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻碳电极（GCE），经氧化铝抛光和超声清洗，提供电子传导界面
- 纳米材料修饰层：羟基磷灰石纳米颗粒（HAp，Ca10(PO4)6(OH)2）溶胶，通过静电、氢键等多重作用吸附固定 HRP
- 识别/催化元件：辣根过氧化物酶（HRP），血红素酶，保持直接电子转移并电催化 H2O2 还原
- 固定/保护层：二氧化硅（SiO2，由 TEOS 水解形成）溶胶覆盖，增强稳定性并防止 HRP 泄漏
- 信号标记物：无外源标记，HRP 自身血红素 Fe(III)/Fe(II) 作为电活性中心
- 底物/反应物：过氧化氢（H2O2），与 Heme-Fe2+ 反应并再生 Heme-Fe3+，产生催化电流
- 工作电解质：0.1 M pH 7.0 PBS，维持酶活性和离子导电
中文摘要
本研究考察了固定化辣根过氧化物酶（HRP）在二氧化硅–羟基磷灰石（HAp）杂化膜修饰玻碳电极（GCE）上的直接电子转移行为，并将其应用于过氧化氢（H2O2）生物传感器。在 silica/HRP–HAp/GCE 上，HRP 表现出快速电子转移过程，且伴随一个质子参与。该传感器无需电子介体即可对 H2O2 的还原产生优异的电催化响应。所构建的生物传感器对 H2O2 具有良好的重现性和高灵敏度，检出限为 0.35 μM。在 1.0–100 μM 范围内，H2O2 的催化还原电流与其浓度呈线性关系。由 Lineweaver–Burk 方程计算得到表观 Michaelis–Menten 常数 kapp_m 为 21.8 μM，表明该传感器对 H2O2 具有较高的酶活性和亲和力。结果表明，HAp 纳米颗粒与二氧化硅杂化膜可为 HRP 提供适宜微环境，促进直接电子转移和 H2O2 电催化还原。
英文摘要
The direct electron transfer of immobilized horseradish peroxidase (HRP) on silica-hydroxyapatite (HAp) hybrid film-modified glassy carbon electrode (GCE) and its application as H(2)O(2) biosensors were investigated. On silica/HRP-HAp/GCE, HRP displayed a fast electron transfer process accompanied with one proton participate in. This sensor exhibited an excellent electrocatalytic response to the reduction of H(2)O(2) without the aid of an electron mediator. The proposed biosensor showed good reproducibility and high sensitivity to H(2)O(2) with the detection limit of 0.35 microM. In the range of 1.0-100 microM, the catalytic reduction current of H(2)O(2) was proportional to H(2)O(2) concentration. The apparent Michaelis-Menten constant (k(m)(app)) of the biosensor was calculated to be 21.8 microM, exhibiting a high enzymatic activity and affinity for H(2)O(2).