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
儿茶酚（catechol），样品基质为 0.1 M 磷酸盐缓冲液（PBS, pH 6.5）
检测原理
酪氨酸酶（Tyr）固定于多壁碳纳米管（MWCNT）/环氧生物复合材料中，儿茶酚（catechol）扩散至酶活性位点后被催化氧化为邻醌（o-quinone）。邻醌在 -200 mV（vs Ag/AgCl）下于电极表面发生电化学还原，产生还原电流。MWCNT 作为导电网络缩短酶、醌与电极之间的电子转移距离，提高电子传递效率，使低电位下醌的还原更完全，从而增强电流响应。稳态安培电流与单位面积儿茶酚浓度成正比，在 0.0–0.15 mM 范围内线性，响应时间约 20 s。该过程无需外加电子媒介体，主要依靠酶催化与碳纳米管介导的直接电子传递实现信号放大。
检测灵敏度
LOD: 0.01 mM (S/N=3)；线性范围: 0.0–0.15 mM；灵敏度: 294 mA/mM cm2；R^2 = 0.996
效应效果
与石墨环氧复合材料酪氨酸酶传感器（GECE-Tyr）相比，CNT 环氧复合材料传感器（CNTEC-Tyr）灵敏度由 46 mA/mM cm2 提高到 294 mA/mM cm2，电流响应提高约 90%，检出限为 0.01 mM，约为 GECE-Tyr 的一半。响应时间约 20 s，重现性 RSD 为 8%（n=3），GECE-Tyr 为 5%（n=3）。电极在连续安培测量中稳定超过 24 h。复合材料具有刚性，传感面可通过抛光更新，酶在基质中保持活性，适合低成本批量制备。论文未报告选择性、抗干扰、实际样品加标回收率以及与 ELISA、HPLC 或 qPCR 等方法的对比。
传感器的构成
- 电极基底：PVC 管与铜盘/铜线电连接，提供机械支撑和导电通路
- 纳米材料修饰层：多壁碳纳米管（MWCNT）与环氧树脂（Epotek H77 A/B）混合形成 CNT 环氧复合材料（CNTEC），提供导电网络并固定酶
- 识别元件：蘑菇酪氨酸酶（Tyrosinase, Tyr，2.0% w/w）固定于复合材料中，催化儿茶酚氧化为邻醌
- 信号转换物：酶促生成的邻醌（o-quinone）在 -200 mV 下被电化学还原，产生与儿茶酚浓度相关的电流
- 反应介质：0.1 M 磷酸盐缓冲液（PBS, pH 6.5）作为支持电解质和样品介质
- 电化学测量体系：Ag/AgCl 参比电极与铂对电极构成三电极体系，用于安培和伏安测量
中文摘要
本文报道了一种基于多壁碳纳米管（MWCNT）环氧复合材料电极（CNTECE）的酪氨酸酶（Tyr）电化学生物传感器，用于检测儿茶酚（catechol）。将 MWCNT 分散于环氧树脂中形成 CNT 环氧生物复合材料（CNTEC-Tyr），并将酪氨酸酶固定于其中。碳纳米管可改善酶与电极表面之间的电子传递，提高醌类产物的电化学还原效率。采用循环伏安法和安培法对修饰电极进行表征，在 -200 mV（vs Ag/AgCl）下对酶促反应生成的邻醌进行电化学还原效果最佳。与石墨环氧复合材料酪氨酸酶传感器（GECE-Tyr）相比，MWCNT 修饰电极的灵敏度为 294 mA/mM cm2，信噪比为 3 时检出限为 0.01 mM，在 0.0–0.15 mM 儿茶酚范围内呈线性响应，响应时间约 20 s，RSD 为 8%（n=3）。电极稳定时间超过 24 h，信号较石墨电极提高约 90%，表明碳纳米管生物复合材料具有更优的电化学性能。
英文摘要
Tyrosinase (Tyr) has been used frequently for the detection of phenolic compounds. The development of a biosensor based on this enzyme-integrated carbon nanotube (CNT) epoxy composite electrode (CNTECE) is described in order to perform measurements of catechol. The enzyme is immobilized into a matrix prepared by dispersion of multi-wall CNT (MWCNT) inside the epoxy resin forming a CNT epoxy-biocomposite (CNTEC-Tyr). The use of CNT improves the electronic transference between the enzyme and the electrode surface. The modified electrode was characterized electrochemically by amperometric and voltammetric techniques. An applied potential of -200 mV vs. Ag/AgC1 applied to the biocomposite based electrode was found to be optimal for electrochemical reduction of the enzymatic reaction products (quinones). The biosensor modified with MWCNT is also compared with a tyrosinase biosensor based on a graphite epoxy-composite (GECE-Tyr) showing a sensitivity of 294 microA/mM cm(2), a detection limit of 0.01 mM for a signal-to-noise ratio of 3 in a concentration range of 0.0-0.15 mM catechol with a response time of 20 s and an RSD of 8% (n = 3). The electrodes were stable for more than 24 h. A 90% increase of the signal indicated that the response is better with the biocomposite based on carbon nanotubes rather than with the graphite.