组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
过氧化氢（H2O2）、亚硝酸盐（NO2−）；样品基质：0.1 M磷酸盐缓冲液（pH 7.0）和0.05 M Britton–Robinson缓冲液（pH 4.0），文中面向环境水样、饮料和食品。
检测原理
将牛血红蛋白（Hb）直接电纺成多孔微带并修饰在玻璃碳电极上，戊二醛蒸气交联固定。Hb血红素Fe(III)/Fe(II)中心与电极保持直接电子转移，CV显示准可逆表面控制过程。检测时，H2O2或NO2−扩散进入多孔微带，在Hb血红素催化中心发生电催化还原：H2O2在−0.377 V被还原，NO2−在−0.65 V被还原并可能形成Hb-Fe(II)-NO加合物。被测物浓度升高使界面电子转移加快，产生更大的稳态还原电流。高孔隙率和薄微带降低扩散阻力，无需介质或外源标记，因此安培电流随浓度线性增加并出现Michaelis–Menten饱和。
检测灵敏度
H2O2: LOD: 0.61 μM（6.1 × 10−7 M，S/N=3）；安培线性范围: 0–2.7 × 10−5 M；灵敏度: 33.97 μA mM−1 cm−2；R^2 = 0.990；CV线性范围: 10–230 μM，R^2 = 0.998；KM,app: 0.093 mM。NO2−: LOD: 0.47 μM（4.7 × 10−7 M）；线性范围: 0–4.5 × 10−3 M；R^2 = 0.999；KM,app: 0.713 mM。
效应效果
传感器响应快，H2O2在8 s内达到稳态，NO2−在10 s内达到95%稳态。重现性良好：10 μM H2O2的RSD为6.37%（n=5），电极间RSD为11.72%（n=5）；5 μM NO2−的RSD为5.28%（n=5），电极间RSD为7.43%（n=5）。抗干扰方面，低电位下抗坏血酸和尿酸不干扰H2O2检测；4 mM NaCl、NaI、KNO3、Na2CO3和MgCl2不干扰20 μM NO2−检测。其KM,app分别为0.093 mM和0.713 mM，低于多种Hb固定化体系，表明亲和性高。作者认为该无介质传感器适合H2O2和环境/食品中NO2−检测。
传感器的构成
- 基底电极：玻璃碳电极（GC electrode，直径3 mm），经氧化铝抛光，作为工作电极和电子转导基底。
- 识别/催化元件：牛血红蛋白（Hb，64.5 kDa）微带，溶于2,2,2-三氟乙醇（TFE，175 mg/mL）后电纺形成，直接修饰于GC表面，保留天然结构并提供血红素Fe(III)/Fe(II)催化中心。
- 固定交联层：戊二醛蒸气（glutaraldehyde vapor）交联，使Hb微带膜水不溶，提高电极稳定性。
- 检测介质：0.1 M磷酸盐缓冲液（PBS，pH 7.0）用于H2O2检测；0.05 M Britton–Robinson缓冲液（BR buffer，pH 4.0）用于NO2−检测。
- 电化学池电极：Ag/AgCl参比电极（Ag(RE)，3 M KCl）和铂丝对电极（Pt wire counter electrode），用于循环伏安和安培测量。
- 信号标记物：无外源标记物，Hb自身血红素作为电子转移和电催化中心。
中文摘要
本研究通过直接电纺法将血红蛋白（Hb）沉积在玻璃碳（GC）电极表面，制备出高孔隙率Hb微带生物传感器，无需固定基质。紫外–可见光谱和傅里叶变换红外光谱表明，电纺Hb微带中Hb仍保持天然结构。循环伏安法显示，Hb微带修饰GC电极具有准可逆直接电子转移行为，血红素Fe(III)/Fe(II)氧化还原峰清晰，峰电位随pH呈Nernstian响应。以过氧化氢（H2O2）和亚硝酸盐（NO2−）为模型化合物，该电极表现出增强的电催化还原活性，并用于安培检测。传感器对H2O2和NO2−响应迅速，动态范围良好，检出限分别为0.61 μM和0.47 μM（S/N=3），表观Michaelis–Menten常数分别为0.093 mM和0.713 mM。结果表明，电纺Hb微带可显著增强Hb直接电化学行为，具有无介质生物传感器的应用潜力。
英文摘要
Highly porous hemoglobin (Hb) microbelts based biosensor was developed by directly electrospinning Hb onto the glassy carbon (GC) electrode surface without using immobilization matrix, offering an excellent electrochemical sensing platform. Ultraviolet-visible spectroscopy and Fourier transform infrared spectroscopy were performed to demonstrate that Hb still kept its native structure in the as-electrospun microbelts. The electrocatalytic property of Hb microbelts modified GC electrode was investigated using hydrogen peroxide (H2O2) and nitrite as model compounds. The cyclic voltammetry results have demonstrated that the Hb microbelts modified electrode shows enhanced activity in the electrochemical reduction of H2O2 and nitrite, which offers a number of attractive features and is explored to develop an amperometric biosensor. The Hb microbelts based amperometric biosensor has fast responses to H2O2 and nitrite, good dynamic response ranges, excellent detection limits of 0.61 microM for H2O2 and 0.47 microM for nitrite (S/N=3), and superior K(M,app) values of 0.093 mM for H2O2 and 0.713 mM for nitrite, respectively. These results demonstrate that the electrospun Hb microbelts can significantly enhance the direct electrochemistry of Hb and has great potential application in mediator-free biosensor applications.