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
超氧阴离子（superoxide anion, O2•−）；样品基质：磷酸盐缓冲液（PBS），由 DMSO/NaOH 或黄嘌呤氧化酶（XOD）/黄嘌呤体系产生
检测原理
该传感器属于第三代电化学生物传感器。ITO 基底上电沉积的 GNPs 形成导电网络，Cys 在 GNPs 表面形成硫醇/二硫键界面，使 SOD 以有利取向固定；SG 网络进一步包埋 SOD，减少泄漏并维持酶活性。当超氧阴离子 O2•− 到达电极表面时，被 SOD 催化歧化，SOD 活性中心发生氧化还原变化。由于 SOD 活性中心深埋，直接电子转移较慢，但 GNPs 和 Cys 界面提供电子通道，使电子从 SOD 活性中心经 GNPs 传递到 ITO 电极。在固定电位下，催化电子转移速率与 O2•− 浓度相关，产生安培电流；浓度越高，电流响应越大。直接加入 DMSO 标准品时因 O2•− 快速歧化呈峰形响应，XOD/黄嘌呤体系持续产生 O2•− 时呈平台状稳态电流。
检测灵敏度
线性范围: 0.08–0.64 μM；R^2 = 0.9937
效应效果
在优化条件下，传感器对超氧阴离子表现出较高灵敏度和良好准确度。在 0.2 μM 超氧阴离子下，7 次测量相对标准偏差为 3.7%；5 个不同电极的制备重现性相对偏差为 6.4%。4°C 干态保存 90 天后仍保留 85% 初始电流响应，长期稳定性优于 SOD/GNPs/ITO 电极及文献报道的 SOD 电极。作者指出其灵敏度高于 SOD-SG/Au 和 SOD/GNPs/ITO 电极，略低于 SOD-GNP-Cys-SG/Au 电极。由于采用低成本 ITO 玻璃和电沉积/溶胶-凝胶工艺，适合大面积、大规模制备可抛弃传感器，可用于实时监测超氧阴离子浓度及评价抗氧化剂影响。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：氧化铟锡（ITO）导电玻璃，作为低成本可抛弃工作电极基底
- 纳米材料修饰层：金纳米颗粒（GNPs），通过循环伏安电沉积于 ITO 表面，提供导电通道并促进 SOD 直接电子转移
- 界面连接层：L-半胱氨酸（Cys），修饰 GNPs 表面，通过硫醇/二硫键促进 SOD 取向和电子转移
- 识别/催化元件：超氧化物歧化酶（SOD），催化超氧阴离子歧化并发生直接电子转移
- 固定/保护基质：硅溶胶-凝胶（SG）网络，包埋 SOD 并防止酶泄漏，保持酶活性
- 信号读出：电化学分析仪（CHI 830B）三电极体系，通过循环伏安和安培法读取电流信号
中文摘要
本文报道了一种基于超氧化物歧化酶（SOD）直接电子转移的可抛弃超氧阴离子生物传感器。该传感器通过在氧化铟锡（ITO）电极表面电沉积金纳米颗粒（GNPs），再在 GNPs/ITO 修饰电极表面将 SOD 包埋于硅溶胶-凝胶（SG）网络中制备，制备过程中加入半胱氨酸（Cys）以促进酶在 GNPs 上的取向固定和电子转移。扫描电子显微镜（SEM）显示 GNPs 在 ITO 表面呈准球形且分布较均匀。固定化 SOD 对超氧阴离子表现出较高催化活性。作者考察了影响传感器性能的因素，在 0.08–0.64 μM 范围内获得线性校准曲线，相关系数为 0.9937。结果表明，该传感器具有灵敏度高、准确度和长期稳定性好等特点，为可抛弃生物传感器的构建提供了有前景的平台。
英文摘要
A novel disposable biosensor based on direct electron transfer of superoxide dismutase (SOD) was fabricated for the determination of superoxide anion. The biosensor was constructed by electrodeposition of gold nanoparticles (GNPs) on the indium tin oxide (ITO) electrode and then immobilization of SOD in silica sol-gel (SG) network in the presence of cysteine on GNPs/ITO modified electrode surface. The distribution of GNPs on ITO electrode surface was examined by scanning electron microscopy (SEM). The immobilized SOD exhibited high catalytical activity towards superoxide anion. Parameters affecting the performance of the biosensor were also investigated. A linear calibration curve was obtained over the range from 0.08 to 0.64 microM with a correlation coefficient of 0.9937. The resulted biosensors were demonstrated to possess striking analytical properties for superoxide anion determination, such as high sensitivity, good accuracy, and long-term stability. It provides a promising platform for the fabrication of disposable biosensors.