组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
葡萄糖（glucose），样品基质为磷酸盐缓冲液/KCl 溶液（体外缓冲液）
检测原理
葡萄糖氧化酶（GOx）与羧基化单壁碳纳米管（SWCNT）在溶菌酶催化下被共同包埋于生物合成二氧化硅层中，形成 GOx/SWCNT/SiO2 复合生物电极。SWCNT 在二氧化硅内构成导电网络，缩短 GOx 活性位 FAD 与碳基底之间的电子隧穿距离，实现无介质直接电子转移（DET）。检测时，葡萄糖进入复合层并被 GOx 催化氧化，FAD 被还原为 FADH2；FADH2 随后经 SWCNT 向电极直接传递电子并再氧化为 FAD。该催化循环改变电极表面 FAD/FADH2 氧化还原状态，使循环伏安氧化还原峰电流和峰位随葡萄糖浓度变化，葡萄糖存在时峰向氧化电流方向移动。信号由三电极体系中的循环伏安电流读出，无需外源电子介质。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
该复合电极在 25 °C 下储存一个月仍保持葡萄糖氧化活性，pH 活性谱与游离 GOx 相近，说明硅化包埋未显著改变酶活性位。固定效率方面，仅二氧化硅包埋 GOx 为 17.9±1.9%，加入 SWCNT 后为 26.0±0.55%。循环伏安显示表面结合 FAD/FADH2 氧化还原峰，形式电位约 -406 mV vs Ag/AgCl（pH 6.2），电子转移速率常数 2.6 s^-1，高于自组装单分子层电极；电活性 GOx 表面浓度约 2.5×10^-11 mol cm^-2，总固定量 4.1×10^-9 mol，电活性比例 <1%。无 SWCNT 时无 DET 峰，说明碳纳米管导电网络对电子传递关键。作者认为该体系可简化无介质葡萄糖传感器和生物燃料电池阳极设计。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：Toray 碳纸 TGPH-060（TP）或丝网印刷碳电极（SPE），提供导电基底与电化学换能。
- 生物模板/成膜催化层：溶菌酶（lysozyme）物理吸附于碳表面，催化 TMOS 水解缩合形成二氧化硅，同时作为硅化模板。
- 导电纳米材料层：羧基化单壁碳纳米管（carboxylated SWCNTs），分散在硅化反应液中，嵌入二氧化硅形成导电网络，缩短 GOx FAD 与电极电子隧穿距离。
- 识别/催化元件：葡萄糖氧化酶（GOx, Aspergillus niger），在溶菌酶催化二氧化硅沉淀过程中包埋，催化葡萄糖氧化。
- 无机包埋/稳定层：生物合成二氧化硅（SiO2，由四甲基正硅酸酯 TMOS 沉淀形成），固定 GOx 与 SWCNT，提高机械稳定性与酶稳定性。
- 内源信号标记：GOx 的 FAD/FADH2 辅因子，作为直接电子转移氧化还原中心，无需外源电子介质。
- 底物/电子供体：葡萄糖（glucose），被 GOx 氧化，驱动 FADH2 再氧化并改变电化学电流。
- 电化学读出介质：0.1 M 磷酸盐缓冲液（pH 6.2）与 0.1 M KCl 混合电解液，配合 Ag/AgCl 参比电极和碳对电极进行循环伏安检测。
中文摘要
本研究提出一种构建生物无机界面的新方法，将生物来源的二氧化硅与单壁碳纳米管整合，形成用于固定酶的导电基质。该策略便于集成到生物器件中，并使酶与电极紧密界面化，展现直接电子转移特性。作者以溶菌酶催化四甲基正硅酸酯沉淀二氧化硅，将葡萄糖氧化酶和羧基化单壁碳纳米管共同包埋于 Toray 碳纸或丝网印刷碳电极表面。SEM 和 X 射线光电子能谱证实二氧化硅、葡萄糖氧化酶和碳纳米管共存。循环伏安曲线显示复合材料在接近葡萄糖氧化酶 FAD/FADH2 辅因子电位处出现稳定的氧化还原峰，葡萄糖存在时峰电流发生明显变化。固定酶在 25 °C 下可稳定一个月，并保留葡萄糖氧化催化活性。结果表明该复合材料可成功集成到用于葡萄糖生物传感器和生物燃料电池的功能生物电极中。
英文摘要
This work demonstrates a new approach for building bioinorganic interfaces by integrating biologically derived silica with single-walled carbon nanotubes to create a conductive matrix for immobilization of enzymes. Such a strategy not only allows simple integration into biodevices but presents an opportunity to intimately interface an enzyme and manifest direct electron transfer features. Biologically synthesized silica/carbon nanotube/enzyme composites are evaluated electrochemically and characterized by means of X-ray photoelectron spectroscopy. Voltammetry of the composites displayed stable oxidation and reduction peaks at an optimal potential close to that of the FAD/FADH(2) cofactor of immobilized glucose oxidase. The immobilized enzyme is stable for a period of one month and retains catalytic activity for the oxidation of glucose. It is demonstrated that the resulting composite can be successfully integrated into functional bioelectrodes for biosensor and biofuel cell applications.