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）；样品基质：0.1 M PBS（pH 7）+0.5 M KCl 溶液
检测原理
葡萄糖生物传感器基于酶催化与氧化还原介质介导的电子转移。CNF 作为导电高比表面积载体，通过物理吸附固定 GOx 和 K4[Fe(CN)6]。葡萄糖进入电极表面后，GOx 催化其氧化为葡萄糖酸内酯，同时酶辅因子 FAD 被还原为 FADH2。FADH2 将电子传递给氧化态铁氰化钾介质，生成还原态介质；还原态介质在 +0.4 V vs Ag/AgCl 的 CNF 电极表面被氧化，释放电子形成安培电流。葡萄糖浓度越高，酶促反应速率越快，介质氧化还原循环越强，稳态电流越大。低电位工作可避免高电位干扰反应，CNF 则改善电子传导和酶固定。
检测灵敏度
线性范围: 1.7–5 mM；灵敏度: 8.6 μA/mM；1年后线性范围: 1–3 mM；1年后灵敏度: 1.5 μA/mM
效应效果
该传感器在 0.1 M PBS（pH 7）+0.5 M KCl 中于 +0.4 V vs Ag/AgCl 工作，线性范围 1.7–5 mM，灵敏度 8.6 μA/mM，95% 响应约 30 s。采用铁氰化钾介质，对氧波动不敏感，低电位可减少干扰。一年后线性范围降至 1–3 mM，灵敏度降至 1.5 μA/mM，GOx 比活性由 157 U/mg 降至 64 U/mg，下降 59%。CNF 丝状形貌使固定化酶较溶液酶更稳定。按吸附量制备的传感器饱和电流仅 3.33 μA，说明部分酶被碳糊阻挡。作者认为 CNF 可作酶固定化载体，并可用安培法快速评估固定化酶活性。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：PVC 棒端圆柱腔与铂线（Pt wire）提供机械支撑和电接触，工作电极为 CNF 碳糊电极。
- 纳米材料修饰层：化学气相沉积碳纳米纤维（CNF）作为高比表面积导电载体，固定酶并传导电子。
- 识别元件：葡萄糖氧化酶（GOx）吸附/固定于 CNF，催化葡萄糖氧化。
- 电子媒介层：六氰合铁(II)酸钾（K4[Fe(CN)6]）作为氧化还原介质，介导 GOx/FAD 与电极间电子转移。
- 成型稳定层：硅油（silicon oil）与 CNF/GOx/介质混合成糊，填充腔体并稳定电极；去离子水冲洗去除未吸附酶。
- 参比/辅助电极：Ag/AgCl 参比电极和 Pt 辅助电极用于三电极安培测量。
中文摘要
本文研究了化学气相沉积（CVD）制备碳纳米纤维（CNF）对多种生物活性物质的吸附性能。将丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸及葡萄糖氧化酶（GOx）吸附于 CNF 表面，并与活性炭（AC）作为载体时的结果进行比较。通过 pH 值、酸碱位点浓度及萘吸附实验表征 CNF 与 AC 的亲水/疏水性质。进一步将固定化 GOx 的 CNF 用作高灵敏葡萄糖生物传感器，采用安培法以新颖方式检测 CNF 上长时间固定化 GOx 比活性的变化。结果表明，并非所有吸附在 CNF 上的酶都能催化溶液中葡萄糖的氧化；CNF 的丝状形貌有助于提高固定化酶的稳定性。该工作说明 CNF 可作为生物活性物质载体，并可用于构建酶型生物传感器。
英文摘要
In this paper we have studied the adsorption properties of various bio-active systems onto the surface of carbon nanofibers (CNF) synthesized by chemical vapor deposition (CVD). Amino acids (alanine, aspartic acid, glutamic acid) and glucose oxidase (GOx) were adsorbed on CNF and the results were compared with those obtained when activated carbon (AC) was used as support. CNF and AC properties (hydrophilic or hydrophobic properties) were characterized by the pH value, the concentration of acidic/basic sites and by naphthalene adsorption. CNF with immobilized GOx was additionally investigated as a highly sensitive glucose biosensor. An amperometric method was used in an original manner to detect the changes in the specific activity of GOx, immobilized longer time on CNF. The method demonstrates that not the whole enzyme adsorbed onto CNF can catalyze the oxidation of glucose from the solution.