葡萄糖是最重要的生物化合物之一，因为它参与了体内大量的反应。葡萄糖检测在食品工业质量监测、化学发酵过程控制、糖尿病诊断等领域具有重要意义。全球有数亿人患有糖尿病，根据国际糖尿病联合会(IDF)的数据，每7秒就有一人死于糖尿病相关的并发症，使其成为全球主要死亡原因之一。频繁监测血糖对于疾病的最佳管理和避免其相关问题(如心血管和肾脏疾病、中风、失明和神经退化)是必不可少的，特别是监测血液中的葡萄糖。

而基于酶电极的电化学测量，因其灵敏度高、选择性好、操作简单等优点受到广泛的应用和发展，其主要原理如图1、2所示。葡萄糖的的分子结构为多羟基醛，分子中包含5个羟基、1个醛基，其中醛基可以被氧化和还原、羟基可以发生酯化反应，最重要的反应是葡萄糖在生物体内经过酶的催化发生反应，其反应方程如图2所示，首先，GOx(FAD)氧化态葡萄糖酶将葡萄糖氧化为葡萄糖内酯酸，同时还原态酶GOx(FADH₂)将溶液中氧气还原为过氧化氢，过氧化氢进一步分解产生电子。

图1

图2

基于上述生物体内的反应原理，第一代酶电极通过氧气的消耗量和过氧化氢的产生量来计算反应浓度的，图3右侧为氧电极结构，其中氧溶解溶液的电极中间为导电的惰性金属Pt,电极表面则负载了葡萄糖氧化酶，酶与葡萄糖反应消耗的氧浓度由于扩散作用引起电极内部氧气浓度的变化，进而计算出葡萄糖的浓度。但是这样的电极有多个缺点，酶不能保持长时间的活性、氧气的溶解度有限、检测限低、响应速率慢。

图3

为了优化第一代酶电极的各种缺点，研发人员开发了第二代酶电极。第二代酶电极原理如图4所示，为了提高响应速率，第二代酶电极通过选择一些氧化还原电位低的材料与不导电的酶进行固定，例如，亚铁氰化物、二茂铁及其衍生物、对苯二酚、酞菁钴等等、这样即可以实现通过电极电子的控制对电极材料进行氧化还原，最后再通过酶的反应产生的电子分析葡萄糖浓度。但是酶活性的长期活性依然存在问题。

图4

第三代酶电极如图5所示，研究人员采用了将酶固定在导电的纳米线上，再采用导电的聚合物进行包覆，一是提高了电子的传递效率，二是增加了酶在电极上的反应时间，保持更长时间活性。

图5