组成图示
示意图生成中
传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
葡萄糖（glucose）、乙醇（ethanol）；样品基质：Tris 缓冲液（pH 8）水溶液
检测原理
该传感器采用非共价超分子组装构建催化界面。玻璃碳电极表面先固定硝基芴酮氧化还原介质单分子层，其 NO/NHOH 电对可催化 NADH 的两电子氧化；Ca2+ 通过配位介质羧基/羟胺基团并与 NAD+ 磷酸基结合，形成介质/Ca2+/NAD+ 界面；GDH 借助对 NAD+ 的天然亲和性固定于表面。检测时，葡萄糖在 GDH 催化下被氧化，NAD+ 被还原为 NADH；NADH 在介质层处发生电催化氧化，电子经 NO/NHOH 媒介传递至电极，产生氧化电流。聚赖氨酸层封闭并稳定各组分，使电流随葡萄糖浓度增加而线性增大。
检测灵敏度
灵敏度: 葡萄糖 0.2 μA mM−1 cm−1；乙醇 0.3 μA mM−1 cm−1；聚赖氨酸稳定后葡萄糖 0.67 μA mM−1 cm−1
效应效果
QCM 与循环伏安显示，无 Ca2+ 时 200 次扫描后仅约 10% 介质保留，约 80% 脱附；有 0.1 M Ca2+ 时约 90% 保留，质量损失可忽略。介质/Ca2+/介质双层使 0.5 mM NADH 电流由 1.1 μA 增至 2.2 μA，灵敏度提高约 2 倍。GDH 负载量约 1.9×10−12 mol cm−2，接近理论单分子层 1.15×10−12 mol cm−2。无聚赖氨酸时，1000 rpm 下剪切应力 0.1 N m−2 使组装体脱附，无葡萄糖电流；加入聚赖氨酸后响应稳定，连续加入 1 mM 葡萄糖呈线性增加，灵敏度 0.67 μA mM−1 cm−1。作者认为该策略简单、通用且成本低。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE）或金覆盖石英晶体（Au/QCM），提供导电基底与电化学/压电换能
- 氧化还原介质层：4-羧基-2,5,7-三硝基-9-芴酮（4-carboxy-2,5,7-trinitro-9-fluorenone）或其马来腙衍生物单分子层，部分硝基还原为羟胺，作为电子媒介并催化 NADH 氧化
- 钙离子桥层：Ca2+（CaCl2），通过静电/配位结合介质羧基与羟胺基团，桥接 NAD+ 磷酸基并稳定介质层
- 辅酶层：NAD+ 单分子层，通过磷酸基与 Ca2+ 配位固定，作为 GDH 辅因子
- 识别/催化元件：葡萄糖脱氢酶（GDH），通过酶对 NAD+ 的天然亲和性固定，催化葡萄糖氧化生成 NADH
- 稳定/封闭层：聚赖氨酸（polylysine）阳离子聚电解质，在弱酸性条件吸附、pH 8 去质子不溶，封闭并稳定超分子层
中文摘要
本文提出一种基于静电作用和配位相互作用的“分子乐高”策略，在电极表面逐层组装氧化还原介质、辅酶、酶和稳定聚电解质单分子层。首先将含羧基的取代硝基芴酮吸附于玻璃碳或金电极表面，形成氧化还原介质单分子层；随后通过钙离子在介质羧基/羟胺基团与辅酶 NAD+ 磷酸基之间形成配位桥，使 NAD+ 定向固定；再借助葡萄糖脱氢酶（GDH）对 NAD+ 的天然亲和性，构建介质/Ca2+/NAD+/GDH 超分子多层。石英晶体微天平（QCM）用于监测各层吸附质量变化，并揭示钙离子对介质层稳定性的关键作用。最后吸附聚赖氨酸阳离子聚电解质层，使组装体在旋转圆盘电极条件下保持足够稳定，从而实现对葡萄糖的电化学检测。
英文摘要
We propose a procedure to assemble monolayers of redox mediator, coenzyme, enzyme and stabilizing polyelectrolyte on an electrode surface using essentially electrostatic and complexing interactions. In a first step a monolayer of redox mediator, substituted nitrofluorenones, is adsorbed. In a second step, a layer of calcium cations is immobilized at the interface. It establishes a bridge between the redox mediator and the subsequently adsorbed coenzyme NAD(+). In the next step we use the intrinsic affinity of the NAD(+) monolayer for dehydrogenases to build up a multilayer composed of mediator/Ca(2+)/NAD(+)/dehydrogenase. The so obtained modified electrode can be used as a biosensor. Quartz crystal microbalance measurements allowed us to better understand the different parameters responsible for the adsorption. A more detailed investigation of the system made it possible to finally stabilize the assembly sufficiently by the adsorption of a polyelectrolyte layer in order to perform rotating disk electrode measurements with the whole supramolecular architecture on the electrode surface.