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）；样品基质：0.050 M 磷酸缓冲液（PBS, pH 7.40）及标准控制血清（standard control serum）
检测原理
葡萄糖在碳糊电极中分散的葡萄糖氧化酶（GOx）催化下发生氧化反应，酶识别/催化事件使电极界面原位生成过氧化氢（H2O2）。H2O2 扩散至氧化铜（CuO）颗粒表面，在 -0.100 V 工作电位下发生电催化还原，产生与 H2O2 浓度相关的还原电流。由于 CuO 显著降低 H2O2 还原过电位并增强电流，传感器可在低电位工作，避免抗坏血酸、尿酸和对乙酰氨基酚等易氧化物干扰。GOx 的存在还能改善 CuO 颗粒在碳糊中的分散，提高催化位点可及性，从而放大电流响应。随着葡萄糖浓度增加，酶生成 H2O2 的速率增加，安培电流相应增大，并在一定范围内呈线性。
检测灵敏度
LOD: 2.0 × 10−5 M (3.60 mg L−1, S/N = 3)；线性范围: 0–1.35 × 10−2 M (2.43 g L−1)；灵敏度: (2.94 ± 0.09) × 10^4 nA M−1
效应效果
该传感器响应迅速，加入葡萄糖后约 15 s 达到稳态电流。选择性方面，在 1.5% CuO 配方下，对乙酰氨基酚至 9.1×10−5 M、抗坏血酸至 1.5×10−4 M、尿酸至 8.3×10−4 M（14.0 mg/dL）均无干扰，高于人体血清生理水平；若 CuO 增至 3.0%，抗坏血酸干扰为 1.4%，尿酸干扰为 21.3%。长期稳定性良好，4 ℃干燥保存 120 d 后响应基本不变。实际标准控制血清测定范围为 0.79–1.08 g/L，与厂家可接受范围 0.75–1.01 g/L 一致。作者认为其灵敏度、重现性和选择性可与其他金属化葡萄糖生物传感器相当甚至更优。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：石墨粉（graphite powder, grade 38）与矿物油（mineral oil）混合成碳糊，装入聚四氟乙烯管（Teflon tube）并以不锈钢螺钉（stainless steel screw）导电，作为工作电极
- 电催化修饰层：氧化铜（CuO, 1.5% w/w）分散于碳糊中，催化过氧化氢（H2O2）还原/氧化，降低过电位并放大电流
- 识别元件：葡萄糖氧化酶（GOx, 10.0% w/w, Aspergillus niger, EC 1.1.3.4）分散于碳糊中，催化葡萄糖氧化生成 H2O2
- 信号中间体：过氧化氢（H2O2），由 GOx 反应原位生成，在 CuO 表面电催化还原产生安培电流
- 外部电解质：0.050 M 磷酸缓冲液（PBS, pH 7.40），提供离子导电环境
中文摘要
本文报道了一种基于葡萄糖氧化酶（GOx）和氧化铜（CuO）分散于经典碳（石墨）糊复合体中的安培葡萄糖生物传感器。CuO 对过氧化氢（H2O2）的氧化和还原具有优异电催化活性，可显著降低氧化与还原过电位并增强相应电流，因此可在低电位下进行葡萄糖检测，即使存在大量抗坏血酸、尿酸或对乙酰氨基酚也不受干扰。文中讨论了 CuO 和 GOx 含量对生物电极分析性能的影响。所得传感器响应迅速，电流与葡萄糖浓度在 1.35×10−2 M（2.43 g/L）范围内呈线性关系，检出限为 2.0×10−5 M。此外，还讨论了酶在复合材料中对 CuO 颗粒分散的影响。
英文摘要
The performance of amperometric glucose biosensors based on the dispersion of glucose oxidase (GOx) and copper oxide within a classical carbon (graphite) paste composite is reported in this work. Copper oxide promotes an excellent electrocatalytic activity towards the oxidation and reduction of hydrogen peroxide, allowing a large decrease in the oxidation and reduction overpotentials, as well as an important enhancement of the corresponding currents. Therefore, it is possible to perform the glucose biosensing at low potentials where there is no interference even in large excess of ascorbic acid, uric acid or acetaminophen. The influence of the copper oxide and glucose oxidase content in the paste on the analytical performance of the bioelectrode is discussed. The resulting biosensor shows a fast response, a linear relationship between current and glucose concentration up to 1.35 x 10(-2) M (2.43 g L(-1)) and a detection limit of 2.0 x 10(-5) M. The effect of the presence of the enzyme in the composite material on the dispersion of the copper oxide particles is also discussed.