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）及眼药水（eyedrops）实际样品
检测原理
Hb被包埋于PCL膜中后保留天然构象，其血红素Fe(III)/Fe(II)中心与玻璃碳电极之间发生直接电子转移，循环伏安峰电流与扫描速率线性相关，呈表面限制准可逆过程。在−0.40 V下，H2O2扩散进入PCL膜并与Hb作用，Hb催化H2O2还原，电子经血红素中心传递至电极，产生稳态还原电流。随着H2O2浓度升高，电流增大；2–30 μM范围内呈线性，高浓度出现平台，符合Michaelis–Menten动力学，Kapp_m为36.76 μM。PCL膜提供柔性生物相容微环境，促进电子转移并维持Hb生物活性。
检测灵敏度
LOD: 6.07 × 10−6 M；线性范围: 2–30 μM；灵敏度: 13.0 nA/μM；R = 0.987
效应效果
该传感器表现出良好的稳定性和重现性：在4 ℃、0.10 M PBS中保存2周后，对H2O2的响应保留初始灵敏度的90%以上；在20 μM H2O2中连续测定5次，相对标准偏差为3.54%。实际样品检测中，眼药水经PBS稀释后测得H2O2浓度为0.249 mM，5次测定RSD为4.78%，与传统高锰酸钾指数法结果0.241 mM一致，说明方法可靠。其Kapp_m为36.76 μM，低于先前报道，表明PCL膜中Hb对H2O2具有较高亲和力和保留的生物催化活性。作者认为PCL可用于开发新型电化学生物传感器及酶基生物燃料电池。
传感器的构成
- 基底电极：玻璃碳电极（GC），抛光清洗后作为工作电极和电子转移基底
- 聚合物修饰层：聚己内酯（PCL）膜，由ε-己内酯（CL）开环聚合制备，涂覆于GC表面，提供生物相容微环境并促进直接电子转移
- 生物催化识别层：血红蛋白（Hb），涂覆/包埋于PCL膜中，血红素Fe(III)/Fe(II)中心实现直接电子转移并催化H2O2还原
- 信号标记物：无外源标记物，Hb自身血红素中心作为电催化中心产生安培电流
- 电解质介质：0.10 M磷酸盐缓冲液（PBS，pH 7.0），提供离子导电环境
- 电化学测量电极：饱和甘汞电极（SCE）作参比电极、铂螺旋线作对电极，用于三电极安培测量
中文摘要
本研究通过ε-己内酯（CL）开环聚合合成聚己内酯（PCL），并将血红蛋白（Hb）包埋于PCL膜中修饰玻璃碳电极。傅里叶变换红外光谱表明，Hb在PCL膜中保留了天然二级结构。循环伏安法在pH 7.0磷酸盐缓冲液中于Hb–PCL/GC电极上观察到一对稳定、清晰的氧化还原峰，形式电位约为−0.38 V（vs. SCE），与血红素Fe(III)/Fe(II)中心一致。形式电位随pH线性变化，表明该过程为一电子一质子耦合反应。根据Laviron方程，Hb在PCL中的表观异相电子转移速率常数为(18.7±0.8) s−1；法拉第定律估算电活性Hb表面浓度为(7.27±0.57)×10−11 mol cm−2。该电极对过氧化氢（H2O2）具有良好安培响应，线性范围为2–30 μM，检出限为6.07×10−6 M，并成功用于眼药水中H2O2的实际检测。
英文摘要
In this study, poly(epsilon-caprolactone) (PCL) was synthesized using the epsilon-caprolactone (CL) monomer ring-opening polymerization. We demonstrated that the hemoglobin (Hb) entrapped in PCL film could retain its original conformation by FT-IR spectra. A pair of well-defined redox peaks with a formal potential (E0') of about -0.38V (vs. SCE) in a pH 7.0 phosphate buffer solution was obtained at the Hb-PCL film modified GC electrode. The dependence of E(0') on the pH of the buffer solution indicated that the conversion of heme Fe(III)/Fe(II) was a reaction of one electron coupled to one proton. The apparent heterogeneous electron transfer rate constants (ks) of Hb confined to PCL was valuated as (18.7+/-0.8)s(-1) according to Laviron's equation. The surface concentration (Gamma*) of the electroactive Hb in the PCL film was estimated to be (7.27+/-0.57)x10(-11)molcm(-2). The Hb-PCL film modified electrode was shown to be an excellent amperometric sensor for the detection of hydrogen peroxide. The linear range is from 2 to 30microM with a detection limit of 6.07x10(-6)M. The sensor was effectively testified by the determination of the hydrogen peroxide in eyedrops as real samples.