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
胆固醇（cholesterol）；样品基质：0.1 M PBS缓冲液（pH 7.4）
检测原理
胆固醇与固定化胆固醇氧化酶（ChOx）结合后，在氧气存在下被催化氧化为胆甾烯酮并生成过氧化氢（H2O2）。H2O2在约+0.3 V电位下于电极表面发生氧化，产生与H2O2浓度成正比的氧化电流。花状ZnO纳米结构具有三维高比表面积，可负载更多ChOx，并促进酶活性位点与金电极之间的直接电子传递，使氧化峰更尖锐、响应更快。随着胆固醇浓度升高，酶促反应生成的H2O2增多，氧化电流增大；高浓度下酶活性位点饱和，电流趋于平台。该传感器以电流信号直接反映胆固醇浓度。
检测灵敏度
LOD: 0.012 μM；线性范围: 1.0–15.0 μM；灵敏度: 61.7 μA μM−1 cm−2；R = 0.9979
效应效果
该传感器响应时间小于5 s，在0.1 M PBS（pH 7.4）中对胆固醇具有快速可重复响应。pH 5.0–9.0范围内，最佳活性位于pH 6.8–7.6。4°C保存32天后仍保留约83.7%初始灵敏度，表明稳定性良好。与已报道的四乙基原硅酸盐、聚吡咯、CeO2、ZnO纳米粒子/壳聚糖及ZnO多孔薄膜等胆固醇传感器相比，本工作灵敏度61.7 μA μM−1 cm−2、检出限0.012 μM、Kmapp 2.57 mM和线性范围1.0–15.0 μM均更优。论文未报告实际血清加标回收率或RSD，但作者认为其适合快速、高灵敏地检测胆固醇。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极（Au electrode，面积3.0 mm2），经氧化铝抛光后作为工作电极。
- 纳米材料修饰层：花状氧化锌（ZnO）纳米结构，由六方ZnO纳米棒组成，低温溶液法合成，提供高比表面积并促进电子传递。
- 识别元件：胆固醇氧化酶（ChOx，1.0 mg/mL，PBS pH 7.4），物理吸附于ZnO表面，催化胆固醇氧化。
- 固定/封闭层：Nafion溶液（10 μL，4°C干燥24 h），形成网状膜，固定ZnO花状结构和ChOx。
中文摘要
本文报道了一种基于花状氧化锌（ZnO）纳米结构的高灵敏胆固醇生物传感器。该传感器通过低温简单溶液法制备结晶良好的花状ZnO结构，其由规则六方ZnO纳米棒组成，并涂覆于金电极表面。随后将胆固醇氧化酶（ChOx）以物理吸附方式固定于ZnO结构表面，再用Nafion溶液形成网状膜以增强固定。在0.1 M PBS（pH 7.4）中，传感器对胆固醇表现出快速、可重复的电化学响应，灵敏度为61.7 μA μM−1 cm−2，响应时间小于5 s，基于信噪比的检出限为0.012 μM，线性范围为1.0–15.0 μM，相关系数R=0.9979。表观米氏常数Kmapp为2.57 mM，表明固定化ChOx与胆固醇具有较高亲和力。pH 5.0–9.0范围内，最佳酶活性出现在pH 6.8–7.6。作者认为，花状ZnO的大比表面积和良好电子传递特性是该传感器高灵敏度和低检出限的主要原因。
英文摘要
This paper reports the fabrication of highly-sensitive cholesterol biosensor based on cholesterol oxidase (ChOx) immobilization on well-crystallized flower-shaped ZnO structures composed of perfectly hexagonal-shaped ZnO nanorods grown by low-temperature simple solution process. The fabricated cholesterol biosensors reported a very high and reproducible sensitivity of 61.7 microA microM(-1)cm(-2) with a response time less than 5s and detection limit (based on S/N ratio) of 0.012 microM. The biosensor exhibited a linear dynamic range from 1.0-15.0 microM and correlation coefficient of R=0.9979. A lower value of apparent Michaelis-Menten constant (K(m)(app)), of 2.57 mM, exhibited a high affinity between the cholesterol and ChOx immobilized on flower-shaped ZnO structures. Moreover, the effect of pH on ChOx activity on the ZnO modified electrode has also been studied in the range of 5.0-9.0 which exhibited a best enzymatic activity at the pH range of 6.8-7.6. To the best of our knowledge, this is the first report in which such a very high-sensitivity and low detection limit has been achieved for the cholesterol biosensor by using ZnO nanostructures modified electrodes.