电化学生物传感器 2009

Permselective and enzyme-entrapping behaviours of an electropolymerized, non-conducting, poly(o-aminophenol) thin film-modified electrode: a critical study.

Biosensors & bioelectronics Guerrieri A, Ciriello R, Centonze D
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组成图示

Permselective and enzyme-entrapping b... 传感器构成示意图

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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:磷酸盐缓冲液/醋酸盐缓冲液(文中亦讨论血清/血液葡萄糖应用)

检测原理

葡萄糖扩散进入 p(oAP) 膜并与 GOD 接触,GOD 催化葡萄糖氧化生成葡萄糖酸和 H2O2。p(oAP) 为非导电选择性薄膜,允许小分子 H2O2 透过,而显著阻挡尿酸、对乙酰氨基酚、抗坏血酸和半胱氨酸等较大干扰物。H2O2 到达 Pt 电极表面后,在 +0.65 V 发生氧化,产生与 H2O2 浓度成正比的安培电流。由于酶催化反应为速率控制步骤,电流随葡萄糖浓度增加而增加,并在至 10 mM 范围内线性;Eadie-Hofstee 分析给出 K′M 约 23.4 mM、IMAX 约 12 μA/cm2。该策略通过选择性膜抑制干扰,而非依赖信号放大。

检测灵敏度

线性范围: 至 10 mM;灵敏度: 69.7 nA/mM;典型灵敏度: 0.6 mA M−1 cm−2

效应效果

该传感器对尿酸和对乙酰氨基酚的干扰在约 8 mC 修饰电荷下基本抑制,抗坏血酸在再增加约 1 mC 后也被有效抑制;H2O2 信号仅降低约一半(RH2O2=0.43),且选择性数周内基本不变。葡萄糖响应时间 t0.95 小于 5 s,线性上限达 10 mM,适合血液葡萄糖监测。稳定性方面,前 10 天灵敏度下降约 20%,之后至少 2 周基本稳定;5 mM 葡萄糖日内变异系数 6%(n=3),日间 24%(n=7)。作者认为其选择性优于普鲁士蓝修饰电极,与铂化电极相当,但灵敏度低于纳米复合或高度组织化电极;其优势在于线性范围宽、结构简单,适合实际样品分析。

传感器的构成

  • 基底/换能器电极:多晶铂圆盘电极(Pt disk),提供电子转导与安培检测。
  • 修饰层:邻氨基苯酚(oAP)电聚合形成的聚邻氨基苯酚薄膜(p(oAP)),起选择性透过和酶包埋作用。
  • 识别元件:葡萄糖氧化酶(GOD,Aspergillus niger type VII),催化葡萄糖氧化生成过氧化氢。
  • 信号转导分子:过氧化氢(H2O2),酶反应产物,在铂电极表面氧化产生安培电流。
  • 检测介质:磷酸盐缓冲液(PB,I 0.1 M,pH 7)或醋酸盐缓冲液(AB,I 0.1 M,pH 5.2),维持酶活性与离子环境。

中文摘要

在醋酸或磷酸缓冲液中,于铂电极上电氧化邻氨基苯酚(oAP)可制备非导电聚邻氨基苯酚(p(oAP))薄膜。该膜表现出良好的选择性透过行为,可显著降低安培检测中抗坏血酸、对乙酰氨基酚、半胱氨酸和尿酸等样品分子的电化学干扰。同时,p(oAP) 膜还可作为酶固定化膜,用于构建无干扰的葡萄糖氧化酶(GOD)生物传感器。在批量加样实验中,葡萄糖响应时间 t0.95 小于 5 s,校准曲线在葡萄糖浓度至 10 mM 范围内呈线性,灵敏度为 69.7 nA/mM。作者将该膜的选择性与酶包埋性能与已有研究进行系统比较,指出相对于复杂电极结构或催化修饰,合理优化 p(oAP) 电合成及其选择性是提升分析器件选择性的关键。

英文摘要

Non-conducting polymeric films synthesised by the electrooxidation of o-aminophenol on a platinum electrode in acetate or phosphate buffer displayed an interesting permselective behaviour, which proved valuable in minimising the electrochemical interferences from ascorbate, acetaminophen, cysteine and urate sample molecules in amperometric detection mode. The electrosynthesis of poly(o-aminophenol) (p(oAP)) film showed also useful as permselective membrane for enzyme immobilization as demonstrated by the production of an interference-free glucose oxidase biosensor. In this respect, the glucose response time, t(0.95), evaluated in batch addition experiments, was lower than 5s while the calibration curve was linear up to 10mM of glucose with a sensitivity of 69.7nA/mM. Both the permselective behaviour and the enzyme-entrapping property of the film were critically compared with the relevant studies until now reported. With respect to the sophisticated but complex approaches described elsewhere, this study shows that simply a proper optimization of p(oAP) electrosynthesis and its permselective behaviour is the key to improve significantly the selectivity of the resulting analytical devices.

关键词

电化学生物传感器聚邻氨基苯酚葡萄糖氧化酶葡萄糖检测选择性膜安培检测