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（Hydrogen peroxide, H2O2），样品基质：磷酸盐缓冲液（PBS, pH 7.0）
检测原理
该传感器基于 HRP 在 MSHS 介孔中的直接电子转移（DET）机制。HRP 通过静电作用和介孔限域嵌入 MSHS 内部，保持天然构象和生物活性；Nafion 成膜进一步固定酶并稳定界面。在 PBS 中，HRP 血红素中心与 GC 电极之间发生直接电子转移，产生可逆氧化还原峰。当 H2O2 扩散进入介孔并到达 HRP 活性中心时，被 HRP 催化还原，电子经 MSHS/Nafion 复合膜传递至 GC，形成还原电流。H2O2 浓度越高，单位时间内催化还原产生的电子越多，安培电流越大。MSHS 的空心介孔结构提供较大传质通道和较高酶负载量，有利于提高响应速度和灵敏度；该体系无需外加电子中介体。
检测灵敏度
LOD: 1.2 × 10⁻⁶ M (S/N = 3)；线性范围: 3.9 × 10⁻⁶–1.4 × 10⁻⁴ M；灵敏度: 0.56 A m⁻¹ cm⁻²；R = 0.997 (N = 20)
效应效果
该电极对 H2O2 响应迅速，5 s 内达稳态电流 95%。稳定性好：-0.6 至 0.2 V 循环伏安扫描 50 次无明显变化；pH 7.0 PBS 中 4°C 保存 20 天后伏安响应保持。与 TiO2 纳米粒子 HRP 电极（线性 7.5×10⁻⁶–1.23×10⁻⁴ M，LOD 2.5×10⁻⁶ M）相比，本文线性 3.9×10⁻⁶–1.4×10⁻⁴ M、LOD 1.2×10⁻⁶ M；灵敏度 0.56 A m⁻¹ cm⁻² 高于先前 0.184 A m⁻¹ cm⁻²。表观 Michaelis–Menten 常数约 0.22 mM，低于 PEG（1.38 mM）、胶体/半胱胺金电极（2.3 mM）和聚合物 HRP（5.5 mM）。作者认为 MSHS 适用于无中介体第三代酶电极。未报告选择性、抗干扰、RSD 或实际样品回收率。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻碳电极（GC），经氧化铝抛光和超声清洗，作为电子转导基底
- 纳米材料修饰层：介孔二氧化硅空心球（MSHS，孔径 11 nm），提供介孔通道和大比表面积，负载 HRP 并促进直接电子转移
- 生物识别/催化元件：辣根过氧化物酶（HRP），嵌入 MSHS 介孔中，催化 H2O2 还原并实现血红素中心直接电子转移
- 成膜/固定化层：Nafion（全氟磺酸线性聚合物），与 MSHS/HRP 混合成膜，增强电极膜稳定性和固定酶
中文摘要
本研究选用新型介孔二氧化硅空心球（MSHS）作为固定化基质，构建无中介体第三代辣根过氧化物酶（HRP）生物传感器。紫外-可见光谱表明，包埋于 MSHS 中的 HRP 可保持天然结构；傅里叶变换红外光谱和氮气吸附-脱附等温线表明 HRP 嵌入介孔内部。循环伏安法观察到 MSHS 中 HRP 的直接电子转移行为，在 0.1 mol/L、pH 7.0 磷酸盐缓冲液中，相对于 Ag/AgCl 电极约 -0.150 V 处出现一对稳定且清晰的氧化还原峰。该生物传感器对过氧化氢（H2O2）具有快速安培响应，线性范围为 3.9×10⁻⁶ 至 1.4×10⁻⁴ mol/L（R=0.997，N=20），基于 S/N=3 的检出限为 1.2×10⁻⁶ mol/L。结果表明，MSHS 可为 HRP 提供良好微环境，促进直接电子转移和生物电催化，为无试剂、无中介体第三代酶电极及氧化还原蛋白/酶传感平台提供了可行方案。
英文摘要
In this work, novel mesoporous silica hollow spheres (MSHS) were chosen as an immobilization matrix, to construct a mediator-free third-generation HRP biosensor. UV-vis spectroscopy revealed that horseradish peroxidase (HRP) entrapped in MSHS could retain its native structure. FTIR spectroscopy and nitrogen adsorption-desorption isotherms indicated that HRP are intercalated into the mesopores. The direct electron transfer of HRP entrapped in MSHS was observed. A pair of stable and well-defined redox peaks of HRP with a formal potential of about -0.150 V (vs. Ag/AgCl) in 0.1M pH 7.0 phosphate-buffered solution (PBS) were obtained. The biosensor exhibited a fast amperometric response to H(2)O(2) with a linear range of 3.9 x 10(-6) to 1.4 x 10(-4)M (R=0.997, N=20). The detection limit was 1.2 x 10(-6)M based S/N=3.