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
氰化物（cyanide, CN−）；样品基质：自来水、河水、蒸馏酒、食用木薯淀粉（经标准前处理）
检测原理
传感器以 HANWA/GCE 为工作电极，CHIT 包埋 HRP 形成酶电极。在 10 mM PBS（pH 7.65）中，HRP 催化 H2O2 还原，在 −0.1 V 下产生稳定计时电流 I0。氰化物进入 CHIT 膜后与 HRP 血红素铁活性中心配位，阻碍 H2O2 接近活性位点，使酶催化活性下降，H2O2 还原电流降至 I1。以抑制率 I%=(I0−I1)/I0×100 表征，抑制率随 CN− 浓度增加而增大，从而定量氰化物。该过程无需外加介体或辅酶，信号变化直接反映酶活性抑制程度。
检测灵敏度
LOD: 0.6 ng ml−1；线性范围: 2–80 ng ml−1
效应效果
抗干扰性较好：测定10 ng ml−1 CN−时，Cl−、CO3^2−、PO4^3−、SO4^2−、Na+、K+、Hg2+、Pb2+电流比0.97–0.99，仅S2−（0.65）和Cd2+（0.82）干扰。自来水加标回收率98.5%、102.0%、100.3%，RSD 4.59%、1.80%、2.94%；20 ng ml−1 CN−批内/批间RSD为4.23%/1.62%。河水、蒸馏酒、木薯淀粉与比色法一致（河水0.004±0.001 mg L−1）。可水冲约60 s再生，30次循环保持能力，连续50次稳定，4 ℃保存20天内稳定。无需辅酶和介体，适合环境与食品监测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE），抛光后作为工作电极和导电基底
- 纳米材料修饰层：羟基磷灰石纳米线阵列（HANWA），提供大比表面积、多吸附位点和生物相容界面
- 固定/保护层：壳聚糖（CHIT），包埋并保护 HRP，允许底物和抑制剂扩散
- 识别/催化元件：辣根过氧化物酶（HRP），催化 H2O2 还原并被 CN− 抑制
- 底物/信号试剂：过氧化氢（H2O2），在 HRP 催化下还原产生电流
- 支持电解质：磷酸盐缓冲液（PBS）含 KCl，提供离子环境
- 检测系统：三电极体系（GCE/SCE/Pt）与电化学工作站，计时电流法读出
中文摘要
本文报道了一种简单且对生物分子友好的羟基磷灰石纳米线阵列（HANWA）生物传感器制备方案及其在氰化物检测中的应用。HANWA 通过模板辅助电沉积法制备，由直径约200 nm、平均长度约1 μm的垂直纳米线组成，具有空间定位、大比表面积和丰富吸附位点。以 HANWA 为平台，将辣根过氧化物酶（HRP）包埋于壳聚糖（CHIT）中构建 CHIT–HRP/HANWA 电极，利用氰化物对 HRP 催化 H2O2 还原的抑制作用实现氰化物检测。该有机–无机杂化纳米结构使酶与底物接触良好，酶活性保持较好；密集分布的 HANWA 提供有利电化学界面。传感器对氰化物的检测限为0.6 ng mL−1，具有空间分辨、高灵敏度、快速再生和快速响应等优点，可为环境和食品工业中有毒物质监测提供替代方法。
英文摘要
Here we report a simple, biomolecular-friendly protocol for the fabrication of a hydroxyapatite nanowires array (HANWA) biosensor of spatial positioning, large surface area, and abundant adsorbing sites and its application to cyanide sensing. The fabrication of HANWA is performed by template-assisted electrodeposition. The well-aligned hydroxyapatite nanoarray is composed of vertical nanowires with a diameter of approximately 200 nm and an average length of 1 microm. The electrochemical biosensor for the determination of cyanide through its inhibitory effect on horseradish peroxidase (HRP) encapsulated by chitosan (CHIT) on the platform of HANWA is demonstrated. The current organic-inorganic hybrid nanostructure provides excellent enzyme-substrate contact with enzyme activity well maintained. The densely distributed HANWA with large surface area and abundant adsorbing sites can provide a favorable electrochemical interface for the construction of electrochemical biosensor. A sensitive detection limit of 0.6 ng ml(-1) was obtained for cyanide. The proposed CHIT-HRP/HANWA biosensor has the advantages of spatial resolution, high sensitivity, rapid regeneration, and fast response associated with individual nanowires. It broadens the possible applications of chemosensors and biosensors, and it offers an alternative method for toxic substance determination. The new device holds great promise for environmental and food industrial monitoring of toxins.