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, GLU）；样品基质为 PBS（pH 7.2）模拟低氧脑外液/脑脊液环境。
检测原理
葡萄糖扩散穿过 Nafion/PVA 半透外层进入 GOD 层，被葡萄糖氧化酶催化氧化，生成葡萄糖酸内酯和过氧化氢（H2O2）。在 400 mV 工作电位下，H2O2 在铂纳米颗粒修饰的 PPD 工作电极表面发生无介质氧化，释放电子产生安培电流，电流大小与葡萄糖浓度成正比。传统 Clark 型传感器依赖环境氧作为共底物，而该平台将 CaO2 封装于疏水硅胶中，水解持续产生 O2，补充低氧环境中的氧，驱动 GOD 反应；凹槽上方壳聚糖固定的过氧化氢酶将 CaO2 水解产生的残余 H2O2 分解为 O2 和水，避免 H2O2 迁移至工作电极造成干扰。氧化铱参比电极置于半透膜外，降低局部 pH 变化引起的电位漂移。
检测灵敏度
线性范围: 0.05–10 mM；灵敏度: 37.130 nA/mM；R^2 = 0.9968
效应效果
该传感器以葡萄糖氧化酶作为识别元件，具有较好的葡萄糖特异性。CaO2 封装可显著降低无介质安培酶传感器对环境氧的依赖：低氧条件下传感器灵敏度响应保持约 84% 的 151 mmHg 常氧响应；氧张力从 0 到 57 mmHg 变化时灵敏度偏差小于 5.3%。PVA 外层利用储氧能力降低环境氧张力波动影响，CaO2 封装进一步将响应提升至 74%。壳聚糖固定的过氧化氢酶可分解约 90% 由 CaO2 水解产生的残余 H2O2，减少干扰。IrOx 参比电极开路电位漂移小于 20 mV，对葡萄糖检测误差可忽略。作者认为该平台适用于创伤性脑损伤后的脑内葡萄糖监测，并可作为多酶传感器组装的基本单元，同时可能因持续产氧而具有治疗潜力。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：15 μm 聚酰亚胺（Polyimide）薄膜，电子束蒸发 Ti/Au（150/1500 Å）微电极；工作/对照电极电化学沉积铂纳米颗粒（Pt NPs）；工作电极电聚合邻苯二胺（OPD）形成聚邻苯二胺（PPD）膜；金电极电镀氧化铱（IrOx）作参比电极。
- 凹槽结构：聚酰亚胺薄膜经 O2 和 CF4 反应离子刻蚀形成约 12 μm 深凹槽，用于容纳产氧材料。
- 产氧层：30% w/w 过氧化钙（CaO2）-硅胶（RTV Silicone）溶液涂覆于凹槽并固化，水解持续产氧。
- 酶识别层：葡萄糖氧化酶（GOD）-壳聚糖（Chitosan）-戊二醛（GA）溶液涂覆于工作电极，固定 GOD 识别葡萄糖。
- 外层膜：Nafion 117 涂覆并固化，聚乙烯醇（PVA）选择性涂覆并冻融凝胶化，形成半透外层并储存氧。
- 过氧化氢清除层：过氧化氢酶（Catalase）-壳聚糖-GA 溶液选择性涂覆于凹槽上方，分解残余 H2O2 为 O2 和水。
- 封装结构：聚酰亚胺薄膜切割并螺旋卷绕成智能导管（smart catheter），用于植入监测。
中文摘要
本文提出一种新型第一代 Clark 型生物传感器平台，用于消除传统无介质酶生物传感器对氧气的依赖。该平台将产氧生物材料过氧化钙（CaO2）封装于疏水硅胶基质中，在低氧条件下可持续水解产生氧气，以驱动葡萄糖氧化酶催化反应；同时，在凹槽上方涂覆壳聚糖基质固定的过氧化氢酶，将残余过氧化氢分解为氧气和水，避免过氧化氢积累干扰检测。以葡萄糖生物传感器作为概念验证，在模拟低氧条件下，传感器灵敏度可保持约 84% 的常氧（151 mmHg）响应；当氧张力从 0 到 57 mmHg 变化时，灵敏度偏差小于 5.3%。在 8.3 mmHg 氧张力下，葡萄糖浓度 0.05–10 mM 范围内获得灵敏度 37.130 nA/mM，线性相关系数 R2=0.9968。该平台有望用于创伤性脑损伤后的脑内葡萄糖监测，并可能因产氧能力而具有治疗潜力。
英文摘要
A novel first-generation Clark-type biosensor platform that can eliminate the oxygen dependence has been presented. Sufficient oxygen to drive the enzymatic reaction under hypoxic conditions was produced by encapsulated oxygen generating biomaterial, calcium peroxide. The catalase immobilized in chitosan matrix was coated on top of the groove to decompose residual hydrogen peroxide to oxygen. A glucose biosensor was developed on the proposed platform as proof of concept. Under hypoxic conditions, developed glucose biosensors maintained their sensitivity response around 84% of their response at oxygen tension of 151 mmHg. The sensitivity deviation was less than 5.3% with the oxygen tension traversed from 0 to 57 mmHg. Under oxygen tension of 8.3 mmHg, the sensitivity of 37.130 nA/mM and the linear coefficient of R(2)=0.9968 were obtained with the glucose concentration varying from 0.05 to 10mM. This new platform is particularly attractive for injured brain monitoring.