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：磷酸盐缓冲液（PBS, pH 7.0）溶液
检测原理
该传感器基于血红蛋白（Hb）的直接电化学与电催化机制。电化学预处理玻璃碳电极（PGCE）表面先形成乙二胺单分子层，再通过 Au–N 键固定金胶体纳米颗粒，最后 Hb 通过 Au–S 键固定于金胶体表面。金胶体作为电子传导隧道，促进 Hb 血红素铁中心与电极之间的直接电子转移，使 Hb 在约 −0.20 V 处出现准可逆 Fe(III)/Fe(II) 氧化还原峰。当过氧化氢（H2O2）加入后，Hb 血红素中心催化 H2O2 还原，电子经金胶体和电极传递，产生与 H2O2 浓度相关的还原电流。响应时间约 2 s，电流随 H2O2 浓度升高而增大，并符合 Michaelis–Menten 动力学，表观 Km 为 3.6 mM。
检测灵敏度
LOD: 1.0×10−7 M (S/N=3)；线性范围: 2.6×10−7–7.0×10−3 M；线性方程: I (µA)=2.2258+0.1958 [H2O2] (×10−5 M)；相关系数: γ=0.9993；Km: 3.6 mM
效应效果
该传感器在 pH 7.0 PBS 中对 H2O2 表现出快速安培响应，响应时间约 2 s。在 −0.20 V（vs. SCE）检测时，氧干扰风险较低，背景电流较小。五个同批制备电极的响应相对标准偏差为 2.9%；对 2.5×10−4 M H2O2 连续八次测定的 RSD 为 5.4%。电极在 4 °C、pH 7.2 PBS 中保存两周后仍保留超过 85% 的初始灵敏度。与文献报道的 Hb/金胶体–半胱胺修饰金电极、Hb/锆纳米颗粒修饰 GCE、Au–Pt 纳米颗粒及铂纳米颗粒修饰电极相比，本文方法检出限更低（1.0×10−7 M），线性范围更宽，响应更快，且成本较低、操作简便，可用于溶液中 H2O2 的测定。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE），经电化学预处理为预处理玻璃碳电极（PGCE），提供导电基底与含氧官能团
- 分子桥接层：乙二胺（ethylenediamine）单分子层，通过电化学脱水修饰于 PGCE，提供氨基与金胶体形成 Au–N 键
- 纳米材料修饰层：金胶体/金纳米颗粒（gold colloid, Au NPs，直径 31±2.5 nm），通过 Au–N 键固定，作为电子传导隧道增强电子转移
- 识别/催化元件：血红蛋白（hemoglobin, Hb），通过 Au–S 键固定于金胶体表面，保留血红素活性并电催化 H2O2 还原
- 信号读出：电化学工作站（CHI 660）三电极体系，工作电极为修饰 PGCE，铂丝为对电极，饱和甘汞电极（SCE）为参比电极，安培法读取还原电流
中文摘要
本文报道了一种新型过氧化氢（H2O2）生物传感器。该传感器以电化学预处理玻璃碳电极（PGCE）为基底，通过乙二胺单分子层桥接，将金胶体纳米颗粒自组装于电极表面，再使血红蛋白（Hb）通过金–硫相互作用固定于金胶体上。采用紫外-可见反射光谱、电化学阻抗谱和循环伏安法对修饰过程进行表征。结果表明，固定化 Hb 在修饰电极上保持血红素蛋白的生物活性，并能与电极发生直接电子转移，对 H2O2 还原表现出优异的电催化活性。在 pH 7.0 磷酸盐缓冲液中，传感器在 −0.20 V（vs. SCE）下对 H2O2 产生快速安培响应，响应时间约 2 s。电流响应与 H2O2 浓度在 2.6×10−7 至 7.0×10−3 M 范围内呈良好线性，检出限为 1.0×10−7 M（S/N=3），表观 Michaelis–Menten 常数为 3.6 mM。该传感器无需外加介质，具有较宽线性范围、较低检出限和良好稳定性，可用于溶液中 H2O2 的测定。
英文摘要
A novel hydrogen peroxide (H2O2) biosensor was developed by immobilizing hemoglobin on the gold colloid modified electrochemical pretreated glassy carbon electrode (PGCE) via the bridging of an ethylenediamine monolayer. This biosensor was characterized by UV-vis reflection spectroscopy (UV-vis), electrochemical impendence spectroscopy (EIS) and cyclic voltammetry (CV). The immobilized Hb exhibited excellent electrocatalytic activity for hydrogen peroxide. The Michaelis-Menten constant (K(m)) was 3.6 mM. The currents were proportional to the H2O2 concentration from 2.6 x 10(-7) to 7.0 x 10(-3) M, and the detection limit was as low as 1.0 x 10(-7) M (S/N = 3).