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醋酸盐缓冲液（pH 5.0）
检测原理
Hb通过物理吸附固定于TNT/C表面，TNT/C的碳包覆层提供高导电通道和大比表面积，使Hb血红素Fe中心与GCE之间发生直接电子转移。检测时，H2O2扩散穿过Nafion膜到达Hb，Hb-FeII作为类过氧化物酶活性中心催化H2O2还原，同时自身被氧化为Hb-FeIII。在-0.35 V（vs SCE）下，电极通过直接电子转移将Hb-FeIII迅速还原回Hb-FeII，形成可循环的电催化阴极电流。随着H2O2浓度升高，阴极电流增大；低浓度区呈线性响应，高浓度区因酶-底物饱和而趋于Michaelis–Menten平台。该过程无需外加电子介质，TNT/C降低电荷转移电阻并加速电子传递，从而提高灵敏度和响应速度。
检测灵敏度
LOD: 0.92 μM；线性范围: 10−6 to 10−4 M；线性响应上限: 1.60 × 10−4 M
效应效果
该传感器在0.1 M醋酸盐缓冲液（pH 5.0）中对H2O2表现出快速、灵敏的安培响应，响应时间小于3 s，检出限为0.92 μM，动态响应范围为10−6至10−4 M，作者认为优于多数已报道Hb基H2O2传感器。表观Michaelis–Menten常数为87.5 μM，小于Nafion/CdS-Hb/GP电极的112 μM、膜包埋HRP的550 μM和HRP/Au胶体自组装单分子层电极的230 μM，表明对H2O2亲和力较高。稳定性方面，连续CV测试3 h后安培响应下降小于2.5%；4 °C干燥保存两周后仍保留95%初始响应。论文未报告选择性、抗干扰、RSD或实际样品加标回收率，主要展示缓冲液中的性能与无介质H2O2检测应用潜力。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE），经氧化铝抛光和超声清洗，作为导电基底与电化学换能器
- 纳米材料修饰层：碳化二氧化钛纳米管（TNT/C），由二氧化钛纳米管（TNT）与聚乙二醇600（PEG 600）在氩气中600 °C碳化制备，提供高导电性、大比表面积和纳米通道，促进Hb直接电子转移
- 识别/生物催化元件：血红蛋白（Hb），牛血红蛋白，物理吸附固定于TNT/C，具有类过氧化物酶活性，催化H2O2还原并发生直接电子转移
- 固定/封闭膜：Nafion水溶液（0.5%），滴涂于TNT/C-Hb表面形成Nafion膜，用于固定蛋白并稳定电极界面
- 信号标记物：无外源标记物；Hb自身血红素Fe中心作为内源电子转移与电催化中心
- 电子供体/介质：无外加电子介质；H2O2为底物，Hb-FeII被氧化为Hb-FeIII后由电极直接还原回Hb-FeII
- 缓冲介质：0.01 M PBS（pH 7.4）用于Hb吸附，0.1 M醋酸盐缓冲液（pH 5.0）用于电化学测量
- 读出系统：三电极电化学系统，铂丝对电极、饱和甘汞电极（SCE）参比、修饰GCE工作电极，采用CV、SWV和安培法检测
中文摘要
通过有机聚合物碳化制备的碳化二氧化钛纳米管（TNT/C）兼具碳的高导电性与二氧化钛纳米管的纳米结构优势。该材料被用作固定氧化还原蛋白血红蛋白（Hb）的支撑基质，以研究其直接电子转移能力。Hb在TNT/C上的表观异相电子转移速率常数（kET）为108 s−1，明显高于已报道工作，表明其具有优异的直接电化学行为。TNT/C-Hb修饰玻璃碳电极（GCE）对过氧化氢（H2O2）还原表现出显著电催化活性，表观Michaelis–Menten常数仅为87.5 μM。基于TNT/C-Hb的H2O2传感器具有低检出限（0.92 μM）、快速响应时间（3 s）和宽动态响应范围（10−6至10−4 M），性能优于已报道工作。结果表明，对纳米结构材料进行简单碳包覆可增大反应表面积并提高导电性，从而显著增强直接电化学行为。该工作表明固定Hb的TNT/C在灵敏H2O2传感器中具有潜在应用价值。
英文摘要
Carbonized TiO(2) nanotubes (TNT/C) prepared by carbonization with organic polymers possess advantages combined from high conductivity of carbon and nanostructure of TiO(2) nanotubes. The material was used as a supporting matrix to immobilize a redox protein, hemoglobin (Hb), to explore its direct electron transfer ability. The apparent heterogeneous electron transfer rate constant (k(ET)) of Hb on TNT/C is 108s(-1), which is much higher than that in the reported works, demonstrating excellent direct electrochemistry behavior. The TNT/C-Hb modified glassy carbon electrode (GCE) demonstrates significant electrocatalytic activity for reduction of hydrogen peroxide with a small apparent Michaelis-Menten constant (87.5 microM). The TNT/C-Hb based H(2)O(2) sensor has a low detection limit (0.92 microM), fast response time (3s) and high dynamic response range (10(-6) to 10(-4)M), a much better performance than the reported works. These results demonstrate that a direct electrochemistry behavior can be significantly enhanced through simple carbon coating on a nanostructured material for higher reaction surface area and better conductivity. This work suggests that Hb-immobilized TNT/C has potential applications in a sensitive H(2)O(2) sensor.