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
酚类衍生物（phenol derivatives，包括苯酚、儿茶酚、对苯醌、间甲酚、邻甲酚、对甲酚、愈创木酚、2,4-二甲基苯酚、2,6-二甲氧基苯酚、2-氯苯酚、3-氯苯酚、4-氯苯酚、氢醌、4-乙酰氨基苯酚、没食子酸、4-甲氧基苯酚、邻苯二酚、2-氨基苯酚），样品基质为 0.1 M 磷酸盐缓冲液（pH 7.0）含 16 μM H2O2。
检测原理
该传感器基于 HRP 的双底物 ping-pong 催化机制。HRP 固定于 CNT/PPy 纳米复合膜中，酚类衍生物作为底物被 HRP 氧化，生成苯氧自由基；H2O2 作为共底物参与酶循环并再生氧化态酶。在 -50 mV 固定偏压下，电极对苯氧自由基进行还原，产生与酚浓度成正比的还原电流。CNT 提供高导电通道和介体作用，促进 HRP 活性中心与电极间的电子转移；PPy 形成稳定导电基质，提高酶负载量与界面稳定性。实验优化 pH 7.0 和 16 μM H2O2，以获得最大灵敏度和最宽线性范围。该体系未使用 HCR、RCA 或 CRISPR-Cas 等核酸放大策略，信号放大主要来自酶催化循环和 CNT 纳米结构增强电子转移。
检测灵敏度
Phenol: LOD 3.52 μM；线性范围 16–44 μM；灵敏度 1 nA/μM；r=0.99；p-Benzoquinone: LOD 0.027 μM；线性范围 0.02–0.16 μM；灵敏度 3 nA/μM；r=0.99；Hydroquinone: LOD 6.42 μM；线性范围 16–240 μM；灵敏度 8 nA/μM；r=0.99；2,6-Dimethoxyphenol: LOD 0.29 μM；线性范围 1.6–9.2 μM；灵敏度 7 nA/μM；r=0.99；2-Chlorophenol: LOD 0.26 μM；线性范围 1.6–8 μM；灵敏度 8 nA/μM；r=0.99；3-Chlorophenol: LOD 0.2 μM；线性范围 1.6–12.8 μM；灵敏度 6 nA/μM；r=0.99；4-Chlorophenol: LOD 0.3 μM；线性范围 1.6–14.4 μM；灵敏度 8 nA/μM；r=0.99；2-Aminophenol: LOD 1.53 μM；线性范围 8–60.8 μM；灵敏度 40 nA/μM；r=0.99；4-Methoxyphenol: LOD 1.06 μM；线性范围 1.6–81.6 μM；灵敏度 50 nA/μM；r=0.99；Pyrocatechol: LOD 6.27 μM；线性范围 1.6–446.4 μM；灵敏度 8 nA/μM；r=0.99；Guaiacol: LOD 0.3 μM；线性范围 1.6–9.6 μM；灵敏度 9 nA/μM；r=0.98；m-Cresol: LOD 1.5 μM；线性范围 8–20.8 μM；灵敏度 9 nA/μM；r=0.99；o-Cresol: no response；p-Cresol: LOD 24 μM；线性范围 128–832 μM；灵敏度 5 nA/μM；r=0.98；Catechol: LOD 0.93 μM；线性范围 1.6–8 μM；灵敏度 2 nA/μM；r=0.98；4-Acetamidophenol: LOD 1.11 μM；线性范围 1.6–16 μM；灵敏度 3 nA/μM；r=0.99；Pyrogallol: LOD 1.24 μM；线性范围 1.6–22.4 μM；灵敏度 1 nA/μM；r=0.98；2,4-Dimethylphenol: LOD 27.9 μM；线性范围 64–240 μM；灵敏度 1 nA/μM；r=0.98。
效应效果
该传感器对 18 种酚类衍生物均给出安培响应，仅邻甲酚（o-cresol）无响应，说明邻位被占据会抑制反应。各酚类灵敏度为 1–50 nA/μM，检出限为 0.027–27.9 μM（S/N=3），响应时间约 2 s，短于多数已报道酚氧化酶电极。50 次连续加样的相对标准偏差为 1.1%–6.7%，表明重现性良好。连续 700 次测量、1 个月后保留 70% 初始活性。与 PPy/HRP 电极相比，CNT/PPy/HRP 电极可产生可重复还原电流，且固定酶量由 2.7 μg 增至 6.1 μg，说明 CNT 增强电子转移并提高生物活性负载。作者认为该传感器可用于多种酚类的环境监测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金工作电极（Au，2 mm），提供电子传导与安培检测界面。
- 纳米材料修饰层：酸化氧化多壁碳纳米管（MWCNTs，表面羧基），增强电子转移并增大负载面积。
- 导电聚合物基质：聚吡咯（PPy），通过电聚合形成复合膜并固定酶。
- 识别/催化元件：辣根过氧化物酶（HRP），催化酚类氧化。
- 共底物/氧化剂：过氧化氢（H2O2，16 μM），参与 HRP ping-pong 催化循环。
中文摘要
本文报道了一种基于辣根过氧化物酶（HRP）与多壁碳纳米管（CNT）/聚吡咯（PPy）纳米生物复合膜修饰金电极的安培型生物传感器，用于酚类衍生物检测。HRP 通过一步电聚合过程嵌入 CNT/PPy 纳米复合基质，无需交联剂。在固定偏压 −50 mV 下测量酚类衍生物浓度对应的安培响应，并优化 pH 与过氧化氢浓度。对 18 种酚类衍生物测定了线性范围、灵敏度和检出限，线性范围内灵敏度顺序为：4-甲氧基苯酚 > 2-氨基苯酚 > 愈创木酚 = 间甲酚 > 2-氯苯酚 = 4-氯苯酚 = 氢醌 = 邻苯二酚 > 2,6-二甲氧基苯酚 > 3-氯苯酚 > 对甲酚 > 对苯醌 = 4-乙酰氨基苯酚 > 儿茶酚 > 苯酚 = 没食子酸 = 2,4-二甲基苯酚。CNT 作为介体增强电子转移，并因高比表面积承载更高生物活性。与已报道工作电极相比，该传感器具有较低检出限和约 2 s 的短响应时间；连续 700 次测量、1 个月后仍保留约 70% 初始活性。
英文摘要
An amperometric biosensor based on horseradish peroxidase (HRP) and carbon nanotube (CNT)/polypyrrole (PPy) nanobiocomposite film on a gold surface has been developed. The HRP was incorporated into the CNT/PPy nanocomposite matrix in one-step electropolymerization process without the aid of cross-linking agent. Amperometric response was measured as a function of concentration of phenol derivatives, at a fixed bias voltage of -50 mV. Optimization of the experimental parameters was performed with regard to pH and concentration of hydrogen peroxide. The linear range, sensitivity and detection limit of the biosensor were investigated for eighteen phenol derivatives. The sensitivity in the linear range increased in this order: 4-methoxyphenol>2-aminophenol>guaiacol=m-cresol>2-chlorophenol=4-chlorophenol=hydroquinone=pyrocatechol>2,6-dimethoxyphenol>3-chlorophenol>p-cresol>p-benzoquinone=4-acetamidophenol>catechol>phenol=pyrogallol=2,4-dimethylphenol. CNTs was shown to enhance the electron transfer as a mediator and capable to carry higher bioactivity owing to its intensified surface area. The biosensor exhibited low detection limits with a short response time (2s) for the tested phenolics compared to the reported working electrodes. It retained 70% of its initial activity after using for 700 measurements in 1 month.