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：人肝癌细胞Hep G2培养液（PBS pH 7.0含100 mM葡萄糖）中的细胞外H2O2
检测原理
TiO2纳米针膜在ITO电极上提供高导电纳米界面，其表面负电荷有利于带正电的细胞色素c（cyt c）吸附，并促进血红素中心与电极间的直接电子转移。固定后的cyt c保留对H2O2的催化活性。当Hep G2细胞释放细胞外H2O2时，H2O2在cyt c催化下被还原，电子经TiO2纳米针传递至ITO工作电极，在0.0 V（vs Ag|AgCl）下产生稳定阴极电流。该电位避开AA、UA、DOPAC等阳极干扰及O2阴极干扰，电流随H2O2浓度增加而增大，实现定量检测。
检测灵敏度
LOD: 0.26 µM；线性范围: 0.85-24 000 µM（Table 1）；正文: 8.5 × 10^-7–2.4 × 10^-2 M
效应效果
在0.0 V（vs Ag|AgCl）下，AA、UA、DOPAC等阳极干扰及O2阴极干扰均可忽略；-0.05 V和-0.1 V时，200 µM O2相对100 µM H2O2的阴极干扰电流为0.84%和1.91%，+0.05 V和+0.1 V时，100 µM AA的阳极干扰电流为10.88%和18.95%。传感器3°C避光保存至少1个月响应基本不变，超过10个传感器RSD不超过5.8%。对Hep G2细胞，加入10 mM PMA后20 s内阴极电流增加约4.9 nA，加入300 U mL-1 catalase后电流降至背景，证明检测的是细胞外H2O2。与已有纳米TiO2/钛酸盐H2O2传感器相比，其线性范围更宽、检出限更低，适用于生物体系中H2O2的可靠检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：ITO玻璃板（indium tin oxide, ITO），方阻约10 Ω cm^-2，作为导电工作电极。
- 纳米材料修饰层：TiO2纳米针膜（TiO2 nanoneedles film），由TiO2溶胶旋涂并在723 K烧结，提供高导电纳米界面并负电荷吸附cyt c。
- 识别/催化元件：细胞色素c（cytochrome c, cyt c），0.2 mM PBS（pH 7.0）浸渍固定，保留H2O2催化活性并实现直接电子转移。
- 信号标记物：无外加标记物；cyt c催化H2O2还原产生阴极电流。
- 电子供体：H2O2，在cyt c催化下还原并向ITO电极提供电子。
中文摘要
本文首次将高导电TiO2纳米针膜用作固定模型酶细胞色素c（cyt c）的支撑基质，以促进氧化还原酶与电极间的电子转移。在纳米结构TiO2表面成功实现了cyt c的可逆直接电子转移，其形式电位为108.0 ± 1.9 mV（vs Ag|AgCl），异相电子转移速率常数为13.8 ± 2.1 s^-1。实验表明，cyt c可稳定固定在TiO2纳米针膜上，并保持对H2O2的固有酶活性。基于此，cyt c-TiO2纳米复合膜可在适宜电位0.0 V（vs Ag|AgCl）下检测H2O2，有效避免抗坏血酸、尿酸、3,4-二羟基苯乙酸等常见阳极干扰以及O2阴极干扰。该H2O2生物传感器具有宽动态范围、低检出限、高选择性，结合TiO2纳米针膜高导电、生物相容和易微型化等特点，为检测人肝癌细胞释放的细胞外H2O2提供了新方法。
英文摘要
The high conductive TiO(2) nanoneedles film is first employed as a support matrix for immobilizing model enzyme, cytochrome c (cyt c) to facilitate the electron transfer between redox enzymes and electrodes. Reversible and direct electron transfer of cyt c is successfully achieved at the nanostructured TiO(2) surface with the redox formal potential (E(0)') of 108.0 +/- 1.9 mV versus Ag|AgCl and heterogeneous electron transfer rate constant (k(s)) of 13.8 +/- 2.1 s(-1). Experimental data indicate that cyt c is stably immobilized onto the TiO(2) nanoneedles film and maintains inherent enzymatic activity toward H(2)O(2). On the basis of these results, the cyt c-TiO(2) nanocomposits film is capable of sensing H(2)O(2) at a suitable potential, 0.0 V (vs Ag|AgCl), where not only common anodic interferences like ascorbic acid, uric acid, 3,4-dihydroxyphenylacetic acid but also a cathodic interference, O(2), are effectively avoided. Besides high selectivity, the present biosensor for H(2)O(2) shows broad dynamic range and low detection limit. These remarkable analytical advantages, as well as the characteristic of TiO(2) nanoneedles film such as high conductivity, biocompatibility, and facile ability to miniaturize establishes a novel approach to detection of extracellular H(2)O(2) released from human liver cancer cells.