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，1/15 M，pH 6.98）
检测原理
HRP被固定在CMS/CHIT杂化膜中并保持天然活性。当H2O2扩散到电极表面时，HRP(Fe3+)与H2O2反应生成化合物I和水；化合物I氧化电子供体对苯二酚（H2Q）为苯醌（BQ），自身变为化合物II；化合物II再被H2Q还原再生为HRP(Fe3+)。BQ在玻璃碳电极表面接受电子还原为H2Q，产生阴极电流。CMS提供导电通道和电子隧穿路径，CHIT提供固定微环境，H2Q循环再生实现催化电流放大。在−0.15 V恒电位下，稳态电流随H2O2浓度增加而增大。
检测灵敏度
LOD: 0.93 μM；线性范围: 0.1–1.6 mM；灵敏度: 120.17 μA cm−2 mM−1；校准方程: I = 8.14 C_H2O2(mM) + 0.9146 (μA)；R = 0.997（n = 13）
效应效果
该传感器在−0.15 V下对H2O2响应快，稳态时间小于5 s；对H2O2在0.1–1.6 mM范围内线性，灵敏度为120.17 μA cm−2 mM−1，检出限0.93 μM，R=0.997。表观Michaelis–Menten常数KappM为2.33 mM，低于HRP直接电化学复合膜报道的23.85 mM，表明酶保持高亲和力和天然活性。与HRP/CHIT/GC和CHIT/CMS/GC相比，HRP/CHIT/CMS/GC电流响应更高、背景更低。间歇使用25 d后仍保留约90%初始响应。作者认为其低电位、高灵敏度、高亲和力和快速响应适合H2O2检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GC），经砂纸和0.05 μm氧化铝抛光、稀硝酸/乙醇/水清洗，作为工作电极和电子转导基底
- 纳米材料修饰层：碳微球（CMS，约500 nm，葡萄糖水热聚缩合制备），提供导电通道、粗糙表面和含氧官能团，促进电子转移与生物分子负载
- 聚合物固定层：壳聚糖（CHIT，0.25 wt%醋酸溶液），作为电化学促进聚合物粘结剂，与CMS形成有机–无机杂化膜，并通过酰胺键固定HRP
- 识别元件：辣根过氧化物酶（HRP，EC 1.11.1.7，5 mg/mL酶液），作为生物催化剂催化H2O2还原
- 电子供体/氧化还原介质：对苯二酚（H2Q，氧化还原介质/电子供体），在HRP催化下被氧化为苯醌（BQ），BQ在电极上还原产生电流
- 支持电解质：磷酸盐缓冲液（PBS，1/15 M，pH 6.98），提供离子导电环境
中文摘要
本文报道了一种用于测定过氧化氢（H2O2）的新型安培型电化学生物传感器。将胶体碳微球（CMS）分散于壳聚糖（CHIT）溶液中，形成具有优良生物分子固定微环境的有机–无机杂化材料；随后将辣根过氧化物酶（HRP）包埋于CMS/CHIT杂化膜中，并通过简单的溶液蒸发法修饰玻璃碳电极（GC），制备HRP/CHIT/CMS/GC电极。电化学测试表明，该传感器在−0.15 V下对H2O2具有高灵敏度和快速响应，电流响应与H2O2浓度呈良好线性关系。计算得到的表观Michaelis–Menten常数为2.33 mM，说明CMS/CHIT杂化膜中的HRP保持了天然生物活性，并对H2O2具有较高亲和力。
英文摘要
Colloidal carbon microspheres (CMS) are dispersed in chitosan (CHIT) solution to form an organic-inorganic hybrid with excellent micro-environment for the immobilization of biomolecules. A novel amperometric biosensor for the determination of hydrogen peroxide (H(2)O(2)) has been constructed by entrapping horseradish peroxidase (HRP) in as-synthesized CMS/CHIT hybrid. The modification of glassy carbon electrode is made by a simple solution-evaporation method. The electrochemical properties of the biosensor are characterized in electrochemical methods. The proposed biosensor shows high sensitive determination and fast response to H(2)O(2) at -0.15 V. The constructed HRP/CHIT/CMS/GC electrode also exhibits a fine linear correlation with H(2)O(2) concentration. The calculated value of the apparent Michaelis-Menten constant, 2.33 mM, suggests that the HRP in CMS/CHIT hybrid keeps its native bioactivity and has high affinity for H(2)O(2).