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，β-D-glucose）；样品基质：0.1 M pH 7.0 磷酸盐缓冲液（PB，空气饱和）及血清
检测原理
传感器以 TPSP-ZnO 修饰 GCE，GOD 物理吸附于其表面和孔内，Nafion 封层。GOD 中 FAD/FADH2 氧化还原对可在电极表面发生直接电子转移，形成可逆伏安峰。在空气饱和溶液中，GOD 还原型 GOD(FADH2) 可电催化溶解氧还原，产生较大还原电流。加入葡萄糖后，GOD 氧化型 GOD(FAD) 与葡萄糖发生酶促反应生成葡萄糖内酯和 GOD(FADH2)，消耗电极表面 GOD(FAD)，从而抑制 GOD(FADH2) 对 O2 的电催化还原，使 -0.50 V 处还原电流随葡萄糖浓度增加而降低。TPSP-ZnO 的大比表面积、多孔结构和较高等电点促进 GOD 固定与电子转移，提高灵敏度。
检测灵敏度
LOD: 0.01 mM；线性范围: 0.05–8.2 mM；校准范围: 0.05–10.0 mM；R^2 = 0.9992
效应效果
传感器抗干扰良好：0.10 mM 尿酸和对乙酰氨基酚无明显干扰，0.10 mM 抗坏血酸仅使还原电流降低 2.1%。稳定性方面，连续 300 次测量后酶活性仅损失 12.3%，在 0.1 M pH 7.0 PB 中 4 ℃ 保存 1 个月后活性损失 10%。重现性良好，10 个独立制备电极在 0.1 mM 葡萄糖下电流 RSD 为 5.3%；同一传感器 6 次测定平均稳态电流 0.16 μA，RSD 4.2%。实际血清中测得葡萄糖 8.15 mM，与分光光度法 8.4 mM 接近；0.10–0.80 mM 加标回收率 95–103%。与 ZnO 纳米棒（0.01–3.45 mM）和纳米线（0.001–0.76 mM）相比，线性范围更宽，更适合糖尿病诊断。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻碳电极（GCE），作为工作电极提供电子传导基底
- 纳米材料修饰层：四棱锥形多孔氧化锌（TPSP-ZnO）纳米颗粒，物理吸附 GOD 并提供大比表面积与多孔结构
- 识别元件：葡萄糖氧化酶（GOD），催化葡萄糖氧化并发生 FAD/FADH2 直接电子转移
- 固定/封闭层：Nafion（5% 水溶液），涂覆于 GOD/TPSP-ZnO 表面，辅助固定酶并减少泄漏
- 信号换能元件：GOD 内 FAD/FADH2 氧化还原对与溶解氧（O2），通过直接电子转移和氧电催化产生电化学信号
- 检测介质与电极系统：0.1 M pH 7.0 磷酸盐缓冲液（PB）、饱和甘汞电极（SCE）和铂丝辅助电极，用于三电极电化学测量
中文摘要
本文制备了四棱锥形多孔氧化锌（TPSP-ZnO）纳米结构，用于蛋白质固定、直接电化学和生物传感。TPSP-ZnO 具有较大比表面积和良好生物相容性。以葡萄糖氧化酶（GOD）为模型，考察其与 TPSP-ZnO 的相互作用，并构建电化学葡萄糖生物传感器。通过 AFM、氮气吸附等温线和电化学方法分析 GOD 与 TPSP-ZnO 的相互作用。GOD 固定于 TPSP-ZnO 修饰玻碳电极上表现出良好的直接电化学行为，其性质取决于 TPSP-ZnO。基于 GOD 还原型对溶解氧的电催化响应随葡萄糖加入而降低，该传感器在 -0.50 V 下对葡萄糖浓度 0.05–8.2 mM 呈线性响应，检出限 0.01 mM，优于其他形貌 ZnO 纳米颗粒。传感器稳定性、重现性好，干扰低，可快速灵敏诊断糖尿病。TPSP-ZnO 为蛋白质固定和生物传感器制备提供了优良基质。
英文摘要
A tetragonal pyramid-shaped porous ZnO (TPSP-ZnO) nanostructure is used for the immobilization, direct electrochemistry and biosensing of proteins. The prepared ZnO has a large surface area and good biocompatibility. Using glucose oxidase (GOD) as a model, this shaped ZnO is tested for immobilization of proteins and the construction of electrochemical biosensors with good electrochemical performances. The interaction between GOD and TPSP-ZnO is examined by using AFM, N(2) adsorption isotherms and electrochemical methods. The immobilized GOD at a TPSP-ZnO-modified glassy carbon electrode shows a good direct electrochemical behavior, which depends on the properties of the TPSP-ZnO. Based on a decrease of the electrocatalytic response of the reduced form of GOD to dissolved oxygen, the proposed biosensor exhibits a linear response to glucose concentrations ranging from 0.05 to 8.2mM with a detection limit of 0.01mM at an applied potential of -0.50V which has better biosensing properties than those from other morphological ZnO nanoparticles. The biosensor shows good stability, reproducibility, low interferences and can diagnose diabetes very fast and sensitively. Such the TPSP-ZnO nanostructure provides a good matrix for protein immobilization and biosensor preparation.