组成图示
示意图生成中
传感器类型
光电化学生物传感器
检测对象
甲醛（formaldehyde, H2CO）；样品基质：0.1 M磷酸盐缓冲液（PB, pH 8.0）流动注射水样，文中讨论食品、饮料、药品等基质
检测原理
传感器以金电极为基底，己二硫醇自组装层固定CdS纳米晶，FDH共价固定于Immunodyne膜并覆盖部分电极。甲醛进入流动池后与FDH识别催化区接触，FDH催化甲醛氧化。光照激发CdS纳米晶，产生光生电子和空穴；光生载流子在酶/半导体界面介导电荷转移，替代NAD+/NADH辅酶对，使酶促氧化产生的电子经CdS传递至金电极。在恒定电位下，电子流入外电路形成光阳极安培电流。甲醛浓度越高，单位时间内催化氧化事件越多，光电流越大，从而实现定量检测。空白膜无酶时无电流，证明信号来自酶促过程。
检测灵敏度
LOD: 41 ng mL−1（41 ppb）；线性范围: 0.05–1 μg mL−1；灵敏度斜率: 0.0921（y = 0.0921x + 3.0972）；R^2 = 0.994
效应效果
在0.3 mL/min流动和78–80 mV电位下，传感器对甲醛线性响应。稳定性方面，连续光照12次/h、连续进样0.5 μg/mL甲醛超过12 h，稳定化后信号保持优于90%，前6 h峰高相对稳定，较先前FDH/CdS/金体系信号增强。选择性测试中，1 ppm甲醛与1 ppm干扰物共注入：葡萄糖、甘氨酸、对乙酰氨基酚、甲醇存在时甲醛响应分别为99.7%、96.5%、98.4%、99.4%，无甲醛时基本无信号；抗坏血酸、半胱氨酸、亚硫酸盐在ppm级明显干扰，响应降至89.0%、57.1%、41.8%，并可能因硫原子与金作用造成电极中毒。作者认为该体系可替代NAD+/NADH电荷转移，用于在线甲醛监测，但灵敏度尚不能与成熟NAD依赖传感器直接比较。
传感器的构成
- 基底电极：金工作电极（Au WE），提供导电基底与光电化学换能
- 自组装层：1,6-己二硫醇（1,6-hexanedithiol）SAMs，在金表面锚定CdS纳米晶
- 半导体修饰层：CdS纳米晶（CdS NCs），光照下产生电子/空穴并介导电荷转移
- 识别催化元件：甲醛脱氢酶（FDH），催化甲醛氧化
- 保护固定膜：预活化Nylon ID膜（Immunodyne），共价固定FDH并保护酶
- 封闭剂：甘氨酸（glycine）0.1 M PB，封闭膜上未反应位点
- 光电化学读出组件：三电极流动池（Pt CE、Ag/AgCl/KCl RE、Au WE）与250 W钨灯光纤，施加电位并光照产生安培电流
中文摘要
本研究采用四元水包油微乳液法合成量子尺寸CdS纳米晶，并通过自组装单分子层技术将其固定于金工作电极表面。甲醛脱氢酶（FDH）被共价固定于保护性膜上，并覆盖于部分经半导体纳米颗粒修饰的电极区域。共价固定酶旨在提高甲醛催化氧化反应的稳定性；该氧化反应在半导体经光照激发后通过电子/空穴复合过程发生。研究考察了不同流动条件下最佳电化学氧化电位，并进行了初步传感器稳定性与干扰试验，以实现甲醛的灵敏、选择性检测。基于FDH-半导体杂化体系的新型安培生物传感器在流动条件下获得41 ppb甲醛检出限，并实现6 h操作稳定性，且酶促反应中无需NAD+/NADH作为电荷转移介质。
英文摘要
In this work quantum-sized CdS nanocrystals were synthesized using a quaternary water-in-oil microemulsion and immobilized onto gold working electrode by self-assembled monolayers techniques. Formaldehyde dehydrogenase was covalently immobilized onto a protecting membrane, which was stratified on part of the semiconductor nanoparticles modified electrode. The covalent enzyme immobilization has been required to improve the stability of the catalytic oxidation of formaldehyde, which occurs after light stimulation of the semiconductor through the electron/hole recombination. A study about the best electrochemical oxidation potentials under different flow conditions was performed. Preliminary sensor stability and interferences tests were also carried out, for a sensitive and selective detection of formaldehyde. A detection limit of 41ppb of formaldehyde was calculated and an operational stability of 6h was achieved under flow conditions by means of this novel amperometric biosensor based on FDH-semiconductor hybrid systems, not requiring NAD(+)/NADH as charge transfer in the enzymatic reaction.