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 标准溶液、商业消毒剂及隐形眼镜清洗液
检测原理
该传感器以 GCE 为基底，nano-TiO2 提供多孔高比表面并固定带负电 DNA，DNA 通过静电作用吸附带正电的硫黄素（TN）形成稳定介体层。在 −0.2 V 下，TN 氧化态在电极表面获得电子和质子被还原为 TN(red)；TN(red) 与溶液中的 H2O2 反应，被重新氧化为 TN(ox) 并生成水。该再生循环使 TN 持续参与电子传递，产生与 H2O2 浓度成正比的催化电流。nano-TiO2/DNA 双层降低电子转移阻力并提高 TN 负载量，从而在低过电位下实现宽线性范围安培检测。
检测灵敏度
LOD: 0.05 mM (S/N = 3)（Table 1: 50 μM）；线性范围: 0.05–22.3 mM（Table 1: 5 × 10−5–2.23 × 10−2 M）；回归方程: Ip(μA) = 6.07e-4 + 1.655e-4 C_H2O2(μmol/L)；R^2 = 0.9947
效应效果
该传感器在 pH 7.0 PBS 中对 H2O2 还原具有良好电催化活性，工作电位仅 −0.2 V，较文献方法电位更低、线性范围更宽。实际商业消毒剂与隐形眼镜清洗液（标称约3%）测定结果与标准法相对误差分别为 −1.993% 和 −2.276%，批内 RSD 为 1.25% 和 1.84%（n=9）。固定浓度 1.5 mM H2O2 的电流重现性 RSD 为 2.3%（n=9），7 个电极间阳极峰电流 RSD 为 2.86%。4°C PBS 保存 1 个月后催化电流仅下降约 2.0%。对 O2 还原过电位降低约 430 mV。作者认为可用于实际样品中 H2O2 的安培检测。
传感器的构成
- 基底电极：玻璃碳电极（GCE），导电基底与换能器。
- 纳米材料修饰层：纳米二氧化钛（nano-TiO2）颗粒，电化学生成后分散涂覆，提供多孔高比表面并固定 DNA。
- 生物分子固定层：脱氧核糖核酸（DNA），恒电位 +1.5 V 沉积，带负电吸附硫黄素并改善电子转移。
- 氧化还原介体层：硫黄素（TN），循环伏安沉积，介导 H2O2 电催化还原。
- 工作介质：磷酸盐缓冲液（PBS, pH 7.0），提供中性环境和质子。
- 电化学池电极：Ag/AgCl [KCl(sat)] 参比电极与 Pt 对电极，构成三电极体系。
- 信号读出：CHI750A 电化学工作站，恒电位 −0.2 V 安培法读取电流。
中文摘要
本文报道了一种由纳米结构二氧化钛（nano-TiO2）颗粒和脱氧核糖核酸（DNA）构成的新型生物传感器的电化学制备与表征。硫黄素（TN）氧化还原介体通过电化学方法沉积在 DNA/nano-TiO2 修饰的玻璃碳电极（GCE）上。采用 X 射线衍射、原子力显微镜（AFM）和扫描电子显微镜（SEM）对 TN/DNA/nano-TiO2 薄膜进行表面分析。在中性缓冲液中，TN/DNA/nano-TiO2/GCE 生物传感器对过氧化氢（H2O2）和氧气（O2）的还原表现出优异的电催化活性。该传感器在降低过电位（−0.2 V）下安培测定 H2O2 具有优异分析性能，检出限为 0.05 mM（S/N=3），线性校准范围为 0.05–22.3 mM。此外，利用该新传感器对实际样品中 H2O2 的测定结果令人满意。TN/DNA/nano-TiO2/GCE 对 H2O2 还原表现出稳定且可重复的分析性能。该传感器可作为安培生物传感器用于实际样品中 H2O2 的测定。
英文摘要
We report electrochemical preparation and characterization of a new biosensor made of nanostructured titanium dioxide (nano-TiO2) particles and deoxyribonucleic acid (DNA). Thionin (TN) redox mediator was electrochemically deposited onto DNA/nano-TiO2 modified glassy carbon electrode (GCE). The X-ray diffraction analysis, atomic force microscope (AFM) and scanning electron microscope (SEM) were used for surface analysis of TN/DNA/nano-TiO2 film. In neutral buffer solution, TN/DNA/nano-TiO2/GCE biosensor exhibited excellent electrocatalytic activity towards the reduction of hydrogen peroxide (H2O2) and oxygen (O2). The biosensor shows excellent analytical performance for amperometric determination of H2O2, at reduced overpotential (-0.2V). The detection limit and liner calibration range were found to be 0.05 mM (S/N=3) and 0.05-22.3 mM, respectively. In addition, determination of H2O2 in real samples was carried out using the new biosensor with satisfactory results. The TN/DNA/nano-TiO2/GCE showed stable and reproducible analytical performance towards the reduction of H2O2. This biosensor can be used as an amperometric biosensor for the determination of H2O2 in real samples.