组成图示
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传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
过氧化氢（H2O2）、亚硝酸根离子（NO2−）、三氯乙酸（TCA）、氧气（O2）；样品基质为 0.10 M pH 7.0 磷酸盐缓冲液（PBS）或 0.10 M pH 5.0 磷酸盐溶液（PS）
检测原理
HRP 被固定在 PVA–C12–C12–C12 复合膜中，双子表面活性剂形成柔性、亲水的微环境，并可能作为电子隧道，促进 HRP 血红素 Fe(III)/Fe(II) 与玻碳电极之间的直接电子转移，从而产生准可逆伏安峰。当 H2O2、NO2−、TCA 或 O2 等底物加入溶液时，HRP 催化其还原反应，电子经酶活性中心传递至电极，形成催化还原电流。底物浓度较低时催化电流随浓度线性增加，浓度较高时趋于饱和，呈现 Michaelis–Menten 动力学特征。该体系不使用外源标记物，信号增强主要来源于酶催化循环以及复合膜对电子转移的促进。
检测灵敏度
H2O2: LOD: 6.5 × 10−8 M；线性范围: 0.195–97.5 μM；回归方程: ipc = −0.254 −0.00755c (ipc: μA, c: μM, r = 0.997)；斜率: −0.00755 μA/μM；表观 Imax: 2.05 μA；表观 Km: 110.5 μM。NO2−: 线性范围: 0.03–12 mM；回归方程: ipc = −0.0302 −0.151c (ipc: μA, c: mM, r = 0.998)；斜率: −0.151 μA/mM；表观 Km: 49.7 mM。TCA: 线性范围: 0.02–10 mM；表观 Km: ca. 5.66 mM。
效应效果
该电极对 H2O2、NO2−、TCA 和 O2 均显示电催化还原响应。H2O2 线性范围 0.195–97.5 μM，LOD 6.5×10−8 M，作者称低于其他 HRP 修饰电极 H2O2 传感器；NO2− 线性范围 0.03–12 mM，TCA 线性范围 0.02–10 mM。5 个电极阳极峰电流 RSD 约 6.5%；0.2 至 −0.8 V 循环 200 次后峰电流下降 5.7%；4 ℃保存 1 周后下降小于 5%。UV-vis 显示固定后 HRP 结构接近天然，复合膜生物相容性较好。论文未报告实际样品加标回收率、选择性/抗干扰或与 ELISA、HPLC、qPCR 的对比，作者强调其在蛋白固定、生物传感器和生物电子器件中的潜在应用价值。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻碳电极（GCE），Ø2 mm，经氧化铝抛光，作为工作电极和电子转移基底
- 复合膜修饰层：聚乙烯醇（PVA）与阳离子双子表面活性剂 C12–C12–C12（C12H25N(CH3)2–C12H24–N(CH3)2C12H25Br2）混合成膜，PVA 提供成膜与固定，C12–C12–C12 改善酶微环境并促进电子转移
- 识别元件：辣根过氧化物酶（HRP），直接嵌入 PVA–C12–C12–C12 膜中，催化 H2O2、NO2−、O2 和 TCA 的还原
- 信号标记物：无外源标记物，HRP 血红素 Fe(III)/Fe(II) 直接电子转移产生伏安峰，酶催化反应产生催化电流
- 支持电解质：0.10 M pH 7.0 磷酸盐缓冲液（PBS）用于 H2O2/O2 检测，0.10 M pH 5.0 磷酸盐溶液（PS）用于 NO2− 检测
- 辅助电极：饱和甘汞电极（SCE）作参比电极，铂丝作对电极，构成三电极体系
中文摘要
本文研究了辣根过氧化物酶（HRP）固定在阳离子双子表面活性剂 C12–C12–C12 与聚乙烯醇（PVA）复合膜修饰的玻碳电极（GCE）上的伏安和电催化行为。结果表明，在该复合膜中 HRP 具有优异的电活性，可在 0.10 M、pH 7.0 磷酸盐缓冲液（PBS）中呈现一对准可逆伏安峰。固定化 HRP 还表现出良好的生物电催化活性，能够催化还原氧气（O2）、过氧化氢（H2O2）、亚硝酸根离子（NO2−）和三氯乙酸（TCA）。对 H2O2 的催化电流在 0.195–97.5 μM 范围内与其浓度呈线性关系，检出限为 6.5×10−8 M，响应具有 Michaelis–Menten 特征，表观 Michaelis–Menten 常数为 110.5 μM。该电极也可用于 NO2− 和 TCA 的电化学传感。研究还发现，双子表面活性剂的间隔基团显著影响 HRP 的电活性，柔性和亲水性更高的间隔基团有利于电子转移。紫外-可见光谱表明，PVA–C12–C12–C12 膜中 HRP 的结构与天然 HRP 相似，说明该复合膜具有良好的生物相容性，在生物传感器和生物电子器件制备中具有应用前景。
英文摘要
The voltammetric and electrocatalytic behavior of horseradish peroxidase (HRP) immobilized on a cationic gemini surfactant (i.e. C12H25N(CH3)2-C12H24-N(CH3)2C12H25Br2, C12-C12-C12)-polyvinyl alcohol (PVA)composite film-coated glassy carbon electrode (GCE) has been studied. It is found that on the novel composite film HRP presents excellent electroactivity and can exhibit a pair of well-defined voltammetric peaks in 0.10 MpH 7.0 phosphate buffer solution (PBS). The immobilized HRP also presents good bioelectrocatalytic activity, and it can catalyze the reduction of oxygen (O2), hydrogen peroxide (H2O2), nitrite ion (NO2(-)) and trichloroacetic acid (TCA). For H2O2 the catalytic current is linear to its concentration in the range of 0.195-97.5M, and the detection limit is down to 6.5 x 10(-8) M. The response shows Michaelis-Menten feature and the apparent Michaelis-Menten constant is estimated to be 110.5 M. Similarly, the electrode can sense NO2(-) and TCA. In addition, it is observed that the spacer group of gemini surfactant affects the electroactivity of HRP significantly. A spacer group with higher flexibility and hydrophility is favorable to the electron transfer of HRP. UV-vis spectrum indicates that the structure of HRP in the PVA-C12-C12-C12 film is similar to that of native HRP. Thus the C12-C12-C12-PVA composite possesses good biocompatibility and has promising application in fabricating biosensor andbioelectronics. bioelectronics.