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）；样品基质：0.02 mol/L磷酸盐缓冲液（PBS）及实际过氧化氢样品
检测原理
该传感器以玻璃碳电极为基底，壳聚糖与GPTMS形成有机-无机杂化膜，HRP通过氨基与环氧基反应共价固定其中。检测时，H2O2扩散进入多孔杂化膜并与HRP作用；在K4Fe(CN)6存在下，HRP催化H2O2还原，Fe(CN)6^4-被氧化为Fe(CN)6^3-。生成的Fe(CN)6^3-在电极表面被还原，产生安培还原电流。由于HRP与电极间无直接电子转移，K4Fe(CN)6作为电子介质传递电子。H2O2浓度越高，催化生成的Fe(CN)6^3-越多，稳态电流越大。杂化膜的多孔结构有利于底物扩散，使响应在5 s内达到95%稳态。
检测灵敏度
LOD: 8.1 × 10−8 mol l−1；线性范围: 2.0 × 10−7–4.6 × 10−5 mol l−1；斜率: 84.3 μA ml mol−1；R = 0.9991 (n = 26)
效应效果
传感器对H2O2响应迅速，5 s内达到95%稳态电流。选择性方面，0.10 mmol/L葡萄糖、蔗糖、乙醇、乙酸、柠檬酸和胱氨酸均无可见干扰，仅抗坏血酸因还原Fe(CN)6^3-造成显著干扰。重现性良好，连续30次测试电流不降低，6个独立制备电极的RSD为3.1%。4°C干燥保存2个月后仍保持约81%初始响应。实际样品标准加标回收率为97.9%–105.5%。作者认为一步法共价固定简单温和，生物相容杂化膜提供稳定微环境，可作为酶固定和生物传感器制备的通用平台。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE），经氧化铝抛光和超声清洗，作为工作电极提供电子传导界面
- 有机-无机杂化膜：壳聚糖（CS）与γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（GPTMS）溶胶-凝胶网络，CS提供氨基和生物相容性，GPTMS水解缩合形成聚硅氧烷网络
- 交联/固定层：GPTMS中的环氧基与CS及HRP的氨基发生环氧-胺反应，实现共价交联和原位固定
- 识别/催化元件：辣根过氧化物酶（HRP），共价固定于CS/GPTMS杂化膜中，催化H2O2还原
- 电子介质：六氰合铁(II)酸钾（K4Fe(CN)6，Fe(CN)6^4-），作为电子穿梭体将HRP催化产生的电子传递至电极
- 检测缓冲体系：0.02 mol/L磷酸盐缓冲液（PBS，pH 7.0），维持酶活性和电化学环境
- 参比/辅助电极：Ag/AgCl（饱和KCl）或饱和甘汞电极（SCE）作参比，铂丝作辅助电极，用于三电极安培检测
中文摘要
本文建立了一种简单可靠的一步法，用于开发新型过氧化氢（H2O2）生物传感器。该传感器基于多糖参与的溶胶-凝胶过程，将辣根过氧化物酶（HRP）原位共价固定于生物相容性材料中。含环氧环和三甲氧基锚定基的硅氧烷γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（GPTMS）作为双功能交联剂和有机-无机杂化的无机源。氨基与环氧基的反应使HRP和功能生物高分子壳聚糖（CS）共价嵌入无机聚硅氧烷网络。实验优化了硅氧烷与CS的质量比、检测溶液pH及检测电位。共价固定于杂化基质中的HRP对H2O2具有高电催化活性，并提供快速安培响应。所制备传感器测定H2O2的线性范围为2.0×10−7至4.6×10−5 mol/L，检出限为8.1×10−8 mol/L，表观米氏常数为45.18 μmol/L。还评估了可能干扰物的影响。该传感器表现出高重现性和储存稳定性。一步法共价固定和生物相容杂化基质可作为酶固定和生物传感器制备的通用平台。
英文摘要
A simple and reliable one-pot approach was established for the development of a novel hydrogen peroxide (H(2)O(2)) biosensor based on in situ covalent immobilization of horseradish peroxidase (HRP) into biocompatible material through polysaccharide-incorporated sol-gel process. Siloxane with epoxide ring and trimethoxy anchor groups was applied as the bifunctional cross-linker and the inorganic resource for organic-inorganic hybridization. The reactivity between amine groups and epoxy groups allowed the covalent incorporation of HRP and the functional biopolymer, chitosan (CS) into the inorganic polysiloxane network. Some experimental variables, such as mass ratio of siloxane to CS, pH of measuring solution and applied potential for detection were optimized. HRP covalently immobilized in the hybrid matrix possessed high electrocatalytic activity to H(2)O(2) and provided a fast amperometric response. The linear response of the as-prepared biosensor for the determination of H(2)O(2) ranged from 2.0 x 10(-7) to 4.6 x 10(-5)moll(-1) with a detection limit of 8.1 x 10(-8)moll(-1). The apparent Michaelis-Menten constant was determined to be 45.18micromoll(-1). Performance of the biosensor was also evaluated with respect to possible interferences. The fabricated biosensor exhibited high reproducibility and storage stability. The ease of the one-pot covalent immobilization and the biocompatible hybrid matrix serve as a versatile platform for enzyme immobilization and biosensor fabricating.