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
葡萄糖（glucose）；样品基质为 PBS 缓冲液（50 mM，pH 7.0，0.9% NaCl）中的葡萄糖溶液
检测原理
葡萄糖进入 PBS 样品后，被固定在纳米多孔 CeO2 表面的 GOx 特异性识别并催化氧化，生成 H2O2 并使酶中心还原。CeO2 薄膜具有 Ce3+/Ce4+ 氧化还原对，可作为无介质电子受体，直接接受还原 GOx 的电子；在 DPV 扫描中，被还原的 CeO2 再氧化，在 0.33 V 处形成氧化峰。葡萄糖浓度越高，单位时间内电子转移越多，0.33 V 氧化电流越大，从而在 25–300 mg/dl 范围内线性响应。纳米孔结构增大比表面积并促进酶与电极间电子通信，使 Kapp_m 降至 1.01 mM。DPV 中未观察到 H2O2 氧化峰，说明信号主要来自 CeO2 介导的直接电子转移；UV–vis 则通过 HRP 催化 o-dianisidine 氧化在 500 nm 处验证 H2O2 生成。
检测灵敏度
线性范围: 25–300 mg/dl（DPV）；线性范围: 50–300 mg/dl（UV–vis）
效应效果
该 GOx/CeO2/Pt 生物电极在 DPV 下对葡萄糖呈线性响应，范围 25–300 mg/dl；三次重复测量误差在 ±5% 内，重现性较好。UV–vis 表观酶活测定显示线性范围 50–300 mg/dl，表观酶活为 1.89×10−2 U cm−2。Hanes 图估算 Kapp_m 为 1.01 mM，低于 ZnO 纳米棒（2.9 mM）、聚吡咯纳米管（7.01 mM）、金纳米粒子（3.74 mM）和 ZnO 纳米梳（2.19 mM），表明 GOx 对葡萄糖亲和力增强。生物电极在 200 mg/dl 葡萄糖下保存 10 周仍保留约 80% 活性，优于聚吡咯纳米管（<2 周）。文中未报告实际样品加标回收率与常见干扰物选择性数据。作者认为无需介质、无需表面功能化，适合稳定葡萄糖传感及 MEMS/ISFET 集成。
传感器的构成
- 基底/工作电极：Pt 涂覆 Corning 玻璃片（Pt，RF 溅射，约 0.2 μm），提供导电支撑与电子传输。
- 纳米修饰层：纳米多孔 CeO2 薄膜（CeO2，PLD 沉积，约 110 nm），高 IEP 静电吸附 GOx，Ce3+/Ce4+ 促进无介质电子转移。
- 识别元件：葡萄糖氧化酶（GOx，1 mg/mL，30 μL 滴涂，4°C 过夜），催化葡萄糖氧化。
- 氧化还原介质：CeO2 中 Ce3+/Ce4+ 对，接受还原 GOx 电子并在 DPV 扫描中再氧化产生 0.33 V 峰。
- 工作缓冲液：PBS（50 mM，pH 7.0，0.9% NaCl），维持 GOx 活性与离子环境。
- 电化学检测池：三电极体系（工作电极 GOx/CeO2/Pt，参比 Ag/AgCl，对电极 Pt foil），用于 DPV 读出。
中文摘要
本文报道了一种基于脉冲激光沉积（PLD）制备的纳米多孔氧化铈（CeO2）薄膜的葡萄糖生物传感器。CeO2 薄膜沉积于射频溅射铂（Pt）涂覆玻璃片上，厚度约 110 nm，原子力显微镜显示其具有均匀纳米孔结构。葡萄糖氧化酶（GOx）在 pH 7.0 下通过 CeO2 高等电点表面与带负电酶之间的静电作用固定，无需化学交联或表面功能化。差脉冲伏安法（DPV）表明，GOx/CeO2/Pt 生物电极在 0.33 V 处出现稳定氧化峰，氧化电流随葡萄糖浓度增加而增大，在 25–300 mg/dl 范围内呈线性。Hanes 图估算的表观 Michaelis–Menten 常数 Kapp_m 为 1.01 mM，说明固定化 GOx 对葡萄糖具有较高亲和力。UV–vis 比色法进一步验证酶活性，线性范围为 50–300 mg/dl，表观酶活为 1.89×10−2 U cm−2。该电极保存 10 周后仍保留约 80% 活性，表明纳米多孔 CeO2 可作为无介质、稳定、可集成的葡萄糖传感基质。
英文摘要
Nanoporous cerium oxide (CeO(2)) thin film deposited onto platinum (Pt) coated glass plate using pulsed laser deposition (PLD) has been utilized for immobilization of glucose oxidase (GOx). Atomic force microscopy studies reveal the formation of nanoporous surface morphology of CeO(2) thin film. Response studies carried out using differential pulsed voltammetry (DPV) and optical measurements show that the GOx/CeO(2)/Pt bio-electrode shows linearity in the range of 25-300 mg/dl of glucose concentration. The low value of Michaelis-Menten constant (1.01 mM) indicates enhanced enzyme affinity of GOx to glucose. The observed results show promising application of the nanoporous CeO(2) thin film for glucose sensing application without any surface functionalization or mediator.