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：PBS 缓冲液、血清
检测原理
葡萄糖进入 CS-Fc/Au NPs/GOx 复合膜后，被固定在其上的葡萄糖氧化酶（GOx）催化氧化为葡萄糖酸内酯，同时 GOx 的 FAD 被还原为 FADH2。还原态 GOx 将电子传递给共价连接在壳聚糖链上的二茂铁（Fc+），使其还原为 Fc；Fc 再经 Au NPs 导电通路到达电极表面，在 +0.4 V 下氧化为 Fc+ 并释放电子，形成安培电流。Au NPs 在三维 CS-Fc 膜中形成电子跳跃通道，降低界面阻抗并放大电流。葡萄糖浓度升高时，酶催化循环加快，稳态电流随之线性增加；高浓度下出现 Michaelis–Menten 平台。Nafion 层可静电排斥阴离子干扰物。
检测灵敏度
LOD: 5.6 μM (S/N = 3)；线性范围: 0.02–8.66 mM；灵敏度: 14.3 mA mM−1 cm−2。
效应效果
该传感器在 +0.4 V 下对葡萄糖的 95% 稳态响应时间为 5 s，快于 CS-Fc/GOx 膜的 30 s、壳聚糖-金纳米粒子-GOx 膜的 10 s 及另一生物复合膜的 7 s。KappM 为 3.5 mM，低于文献的 20 mM、4.3 mM 和 6.6 mM，表明酶活性与底物亲和力较高。1.0 mM 葡萄糖连续 7 次测量 RSD 为 3.1%，5 个独立传感器 RSD 为 4.9%。4℃干燥保存 1 周保留 90% 灵敏度，4 周约 81%。0.1 mM 尿酸和抗坏血酸分别使响应增加 4.3% 和 6.0%，涂覆 Nafion 可消除干扰。血清样品测得葡萄糖 6.45 mM，与比色法 6.54 mM 接近；1.0–8.0 mM 加标回收率为 95%–101%。作者认为适用于实际血液葡萄糖常规监测。
传感器的构成
- 基底电极：玻璃碳电极（GCE），经氧化铝抛光与超声清洗，提供导电基底与电子转移动态界面。
- 介体修饰层：壳聚糖-二茂铁共轭物（CS-Fc），由壳聚糖（CS）与二茂铁羧醛（FcCHO）经 NaCNBH3 还原胺化共价连接，防止 Fc 泄漏并传递电子。
- 纳米导电层：金纳米粒子（Au NPs，约12 nm），分散于 CS-Fc 基体中，增强导电性并促进酶-电极电子传递。
- 识别元件：葡萄糖氧化酶（GOx），固定于 CS-Fc/Au NPs 三维膜中，催化葡萄糖氧化。
- 抗干扰层（可选）：Nafion 膜，涂覆于复合膜外，静电排斥尿酸（UA）和抗坏血酸（AA）等阴离子干扰物。
- 电解液：0.1 M PBS（pH 7.0）含 0.1 M KClO4/KCl，提供离子导电与酶反应环境。
中文摘要
本文报道了一种简单且可控的电沉积方法，用于制备均一的壳聚糖-二茂铁/金纳米粒子/葡萄糖氧化酶（CS-Fc/Au NPs/GOx）纳米复合膜。作者采用扫描电子显微镜（SEM）以及电化学阻抗谱（EIS）和循环伏安法（CV）研究了复合膜的形貌与电化学行为。共价连接二茂铁基团的壳聚糖杂化物（CS-Fc）可有效避免二茂铁（Fc）泄漏并保持其电化学活性；进一步将金纳米粒子（Au NPs）固定到 CS-Fc 基体中，可增强复合膜的电荷传输性能和对酶的生物亲和性。基于该 CS-Fc/Au NPs/GOx 膜的电化学生物传感器具有响应快、重现性好和稳定性高等优点。该传感器对葡萄糖在 0.02–8.66 mM 范围内呈线性响应，信噪比为 3 时检出限为 5.6 μM。该方法为生物传感器和生物电子器件的制备提供了简便途径。
英文摘要
A simple and controllable electrodeposition method is described to fabricate a homogeneous chitosan-ferrocene/Au nanoparticles/glucose oxidase (CS-Fc/Au NPs/GOx) nanocomposite film. The morphologies and electrochemistry of the nanocomposite film were investigated by using scanning electron microscopy (SEM) and electrochemical techniques including electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and cyclic voltammetry (CV), respectively. The ferrocene group (Fc) covalently bounded chitosan hybrid (CS-Fc) can effectively avoid the leakage of Fc and retain its electrochemical activity. Further immobilization of Au NPs into the CS-Fc matrix enhances both the charge-transport properties of the composite and bioaffinity to enzyme. Biosensor based on this CS-Fc/Au NPs/GOx film has advantages of fast response, excellent reproducibility and high stability. This biosensor shows a linear response to glucose in the concentration range from 0.02 to 8.66 mM with a detection limit of 5.6 microM at a signal-to-noise ratio of 3. The present method offers a facile way to fabricate biosensors and bioelectronic devices.