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）；样品基质：PBS缓冲液（pH 6.98）、人血清（human serum）
检测原理
该传感器采用酶催化-媒介体安培检测原理。固定在NiO空心纳米球表面的GOx催化葡萄糖氧化，生成葡萄糖酸内酯并使FAD还原为FADH2；溶液中的对苯醌（Q）作为电子媒介接受FADH2的电子，被还原为对苯二酚（QH2）；QH2在玻璃碳电极表面被氧化为Q，释放电子形成氧化电流。葡萄糖浓度升高时，GOx催化循环加快，QH2再生量增加，电极氧化电流随之增大。NiO空心纳米球的高比表面积、高IEP和电催化活性提高GOx负载量并促进电子转移。实验在+0.35 V vs SCE下记录安培电流，响应时间约8 s。
检测灵敏度
LOD: 47 μM (S/N = 3)；线性范围: 1.5–7 mM；灵敏度: 3.43 μA/mM（摘要）；灵敏度: 4.3 μA/mM（结果）；K_M: 7.76 mM
效应效果
该传感器抗干扰能力较好：在5.6 mM葡萄糖存在下，0.1 mM抗坏血酸和0.5 mM尿酸引起的响应偏差分别为1.9%和3.2%。重现性方面，8个电极在0.2 mM葡萄糖下RSD为5.3%；同一电极对1 mM葡萄糖连续测定10次RSD为3.5%。稳定性方面，4 ℃ PBS中保存20天后仍保留约85%初始响应。实际人血清检测中，5个样本结果与医院ASCA AG-II化学系统接近，相对误差为−2.90%至+4.12%，RSD为2.3%–3.5%。其K_M为7.76 mM，低于溶胶-凝胶、壳聚糖/金纳米粒、聚吡咯和Nafion等体系，表明酶亲和性较高，具有血糖检测应用潜力。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GC），经抛光和超声清洗，作为工作电极提供电子转移动态界面
- 纳米材料修饰层：氧化镍空心纳米球（NiO hollow nanospheres），滴涂于GC表面，提供高比表面积、高IEP和电催化活性，用于负载酶并促进电子转移
- 识别元件：葡萄糖氧化酶（GOx），滴涂于NiO空心纳米球表面，催化葡萄糖氧化并传递电子
- 固定/封闭层：壳聚糖（CHIT），以0.5 wt.%醋酸溶液滴涂于GOx/NiO/GC表面，辅助交联固定GOx并防止酶泄漏
- 电子媒介：对苯醌/对苯二酚（Q/QH2），在PBS中作为扩散型电子转移媒介，介导GOx与电极间的电子传递
- 检测读出：CHI 660A电化学工作站，三电极体系（Pt对电极、SCE参比电极），在+0.35 V vs SCE进行安培检测
中文摘要
本文报道了一种基于氧化镍（NiO）空心纳米球的新型安培型葡萄糖生物传感器。作者以碳微球为模板，通过尿素控制沉淀法合成NiO空心纳米球，并将其首次用于构建葡萄糖传感器。葡萄糖氧化酶（GOx）通过壳聚糖（CHIT）辅助交联技术固定在NiO空心纳米球表面。由于NiO空心纳米球具有高比表面积、高等电点、良好生物相容性和电催化活性，可负载较多GOx并促进电子转移。所制备的CHIT/GOx/NiO/GC电极对葡萄糖表现出高灵敏度，摘要中报告灵敏度为3.43 μA/mM，检出限为47 μM（S/N=3），米氏常数为7.76 mM，表明酶对葡萄糖具有较高亲和力。结果表明，NiO空心纳米球是构建酶生物传感器的有前景材料。
英文摘要
NiO hollow nanospheres were synthesized by controlled precipitation of metal ions with urea using carbon microspheres as templates, which were for the first time adopted to construct a novel amperometric glucose biosensor. Glucose oxidase was immobilized on the surface of hollow nanospheres through chitosan-assisted cross-linking technique. Due to the high specific active sites and high electrocatalytic activity of NiO hollow nanospheres, the constructed glucose biosensors exhibited a high sensitivity of 3.43 microA/mM. The low detection limit was estimated to be 47 microM (S/N=3), and the Michaelis-Menten constant was found to be 7.76 mM, indicating the high affinity of enzyme on NiO hollow nanospheres to glucose. These results show that the NiO hollow nanospheres are a promising material to construct enzyme biosensors.