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（H2O2）、葡萄糖（glucose）；样品基质：0.1 M 磷酸盐缓冲液（PB，pH 6.5）/水溶液
检测原理
PAP 预聚物通过活性基团与酶表面氨基、羧基、巯基等发生化学交联，同时物理包埋 HRP 和 GOx，形成稳定且允许小分子扩散的膜。葡萄糖进入膜内被 GOx 催化氧化，生成 H2O2；H2O2 再被 HRP 催化还原。HRP 的血红素中心与电极之间发生直接电子传递，在约 -370 mV 处产生还原电流，电流随 H2O2 浓度升高而增大，并符合 Michaelis–Menten 动力学。对于第二代 GOx–PAP 传感器，FCA 作为可渗透 PAP 膜的电子介质，接受 GOx 反应产生的电子后在电极表面氧化，形成与葡萄糖浓度相关的电流。SAM 修饰可改善酶取向和界面电子耦合，提高灵敏度。
检测灵敏度
H2O2：GCE LOD 3.0×10−3 mM，线性范围 0.01–1.0 mM，灵敏度 26.2±0.7 μA/mM，r2=0.9981；SPE LOD 9.0×10−3 mM，线性范围 0.03–0.80 mM，灵敏度 19.3±0.4 μA/mM，r2=0.9991；MPA–AuE LOD 1.5×10−3 mM，线性范围 0.0050–1.40 mM，灵敏度 33±1 μA/mM，r2=0.9932；NTP–AuE LOD 0.2×10−3 mM，线性范围 0.0006–1.50 mM，灵敏度 37±2 μA/mM，r2=0.9995。葡萄糖：GCE LOD 0.06 mM，线性范围 0.18–12 mM，灵敏度 1.02±0.04 μA/mM，r2=0.9931；SPE LOD 0.10 mM，线性范围 0.30–9.0 mM，灵敏度 0.43±0.02 μA/mM，r2=0.9918；MPA–AuE LOD 0.04 mM，线性范围 0.120–15.4 mM，灵敏度 1.38±0.09 μA/mM，r2=0.9899；NTP–AuE LOD 0.007 mM，线性范围 0.021–16.0 mM，灵敏度 1.4±0.1 μA/mM，r2=0.9914。
效应效果
PAP 固定膜重现性较好，H2O2 测定 RSD 1.1–2.6%，葡萄糖测定 RSD 2.9–4.0%；未报告具体抗干扰数据。NTP–AuE 较 GCE 线性范围更宽、灵敏度更高、LOD 更低，H2O2 灵敏度由 26.2 升至 37 μA/mM，LOD 由 3.0×10−3 降至 0.2×10−3 mM。稳定性方面，HRP–PAP SAM 对 0.1 mM H2O2 响应 10 天下降约 15–20%，30 天降至 40–50%；HRP/GOx–PAP SAM 对 5 mM 葡萄糖响应 10 天下降约 20%，30 天降至 40% 以下。论文未报告实际样品回收率或 ELISA/HPLC/qPCR 对比，但认为 PAP 提供生物相容微环境，适合第二/第三代电化学生物传感器。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE）、多晶金电极（AuE）或石墨屏印电极（SPE），提供电子传递界面
- 自组装单分子层：巯基丙酸（MPA）或4-氨基硫酚（NTP）修饰AuE，提供羧基/氨基与PAP交联并改善酶取向
- 固定/交联层：聚氮杂环丁烷预聚物（PAP），通过化学交联和物理包埋固定酶，形成生物相容膜
- 识别/催化元件：葡萄糖氧化酶（GOx），催化葡萄糖氧化并生成H2O2
- 识别/催化元件：辣根过氧化物酶（HRP），催化H2O2还原并实现直接电子传递
- 电子介质：环戊二烯羧酸（FCA），在第二代GOx–PAP传感器中传递电子
- 信号读出：三电极电化学工作站，通过循环伏安/计时电流读取电流信号
中文摘要
本文报道了利用聚氮杂环丁烷预聚物（PAP）与辣根过氧化物酶（HRP）和/或葡萄糖氧化酶（GOx）制备高稳定性功能复合膜，用于电子传递型生物传感器。通过测定不同氧化还原分子的扩散系数，评价了 PAP 层对经典电化学介质的良好渗透性，这对将 PAP 用作第二代生物传感器固定化剂具有重要意义。循环伏安法显示，玻璃碳电极（GCE）上的 HRP–PAP 层在 pH 6.5 磷酸盐缓冲液中呈现稳定的准可逆 HRP–Fe(III)/Fe(II) 氧化还原峰，电位约 -370 mV（vs. Ag/AgCl）；包埋于 PAP 膜中的 HRP 电化学过程表现为表面控制过程。该膜及其后续修饰（HRP–PAP 自组装单分子层（SAM）修饰金电极）在与 GOx 偶联后，作为过氧化氢换能器用于葡萄糖生物传感器。作者制备并表征了 HRP/GOx–PAP 和 HRP/GOx–PAP SAM 两种第三代生物传感器。结果表明，PAP 作为固定化剂可为酶提供生物相容微环境，不仅有利于蛋白质直接电子传递理论研究，也显示出在第二/第三代生物传感器开发中的应用潜力。
英文摘要
A highly stable functional composite film was prepared using polyazetidine prepolymer (PAP) with peroxidase from horseradish (HRP) and/or glucose oxidase (GOx). The good permeability of the PAP layer to classical electrochemical mediators, as evaluated by the determination of the diffusion coefficient of different redox molecules, is of great importance in view of the use of PAP as an immobilizing agent in second-generation biosensor development. Cyclic voltammetry of the HRP-PAP layer on a glassy carbon electrode (GCE) showed a pair of stable and quasi-reversible peaks for the HRP-Fe((III))/Fe((II)) redox couple at about -370 mV vs. Ag/AgCl electrode in pH 6.5 phosphate buffer. The electrochemical reaction of HRP entrapped in the PAP film exhibited a surface-controlled electrode process. This film and the successive modifications (HRP-PAP self-assembled monolayer (SAM) modified Au electrode) were used as a biological catalyst (hydrogen peroxide transducers) for glucose biosensors, after coupling to GOx. Both HRP/GOx-PAP and HRP/GOx-PAP SAM third generation biosensors were prepared and characterized. The use of PAP as immobilizing agent offers a biocompatible micro-environment for confining the enzyme and foreshadows the great potentiality of this immobilizing agent not only in theoretical studies on protein direct electron transfer but also from an applications point of view in the development of second- and third-generation biosensors.