组成图示
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传感器类型
其他（拉曼光谱生物传感器）
检测对象
高铁血红蛋白（methemoglobin, MetHb；蒸馏水及胎牛血清 FBS 基质）、硫化氢（H2S；血清/血液潜在基质）
检测原理
非功能化多壁碳纳米管（MWCNT）表面可直接与高铁血红蛋白（MetHb）发生非共价结合。结合后，CNT 的界面振动模式受到质量负载和电子/结构扰动，拉曼光谱在约 1500 cm−1 处向低波数移动约 20 cm−1，从而以光谱位移作为识别事件信号。不同 MetHb 浓度下峰位基本一致，说明该位移主要反映结合状态而非浓度线性响应。与此同时，在 514 nm 激发、520–600 nm 发射窗口内，MetHb 结合不改变 CNT 拉曼发光强度；而 H2S 与 CNT 结合会改变该窗口拉曼发光。因此，CNT 的拉曼光谱与拉曼发光可分别用于区分蛋白结合和 H2S 结合，为血液 H2S 传感提供选择性基础。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
实验显示，非功能化 MWCNT 与 MetHb 结合后仅引起拉曼光谱位移，不改变 514 nm 激发下 520–600 nm 拉曼发光，因此不会干扰基于拉曼发光的 H2S 检测。在胎牛血清中，加入 MetHb 后未观察到拉曼波数位移，提示血清中其他蛋白（白蛋白、球蛋白等）未引起可检测位移，或 MetHb 被 H2S 占据形成硫血红蛋白；较高 MetHb 浓度样品拉曼发光强度降低，但机制未明。研究未报告 RSD、回收率或与 ELISA/HPLC/qPCR 的定量对比。作者认为该结果支持非功能化 CNT 用于血液 H2S 测量和血红蛋白载体，并挑战只有功能化 CNT 才能结合蛋白的既有观点。
传感器的构成
- 基底/换能器：玻璃片（glass slide）承载 0.5 mg 非功能化 MWCNT，配合拉曼显微镜（Renishaw system 2000）完成 514 nm 激发与光谱/发光采集。
- 纳米材料层：非功能化多壁碳纳米管（MWCNT），由 MPECVD 制备并在 450 °C 真空纯化，平均外径约 25 nm、内径约 5 nm，作为结合与拉曼信号载体。
- 识别元件：MWCNT 表面非功能化结合位点，与高铁血红蛋白（methemoglobin, MetHb）发生非共价结合；潜在结合 H2S。
- 信号标记物：无外源标记，MWCNT 自身拉曼光谱（1000–4000 cm−1）与拉曼发光（520–600 nm）作为内禀信号。
- 样品基质：蒸馏水或胎牛血清（fetal bovine serum, FBS），用于 MetHb 结合实验。
中文摘要
碳纳米管在生物传感器和药物载体方面具有潜力，但其与蛋白质的结合行为需进一步研究。尽管已有大量工作表征功能化碳纳米管与不同蛋白的亲和性，本研究首次报道血红蛋白可与非功能化碳纳米管结合，并可通过拉曼光谱识别该结合。进一步发现，在特定激发和发射波长下，这种结合未改变碳纳米管的拉曼发光。上述发现的直接应用是将非功能化碳纳米管用作生物传感器，用于测量血液中的硫化氢（H2S），因为血红蛋白约占血液总体积的37%。研究还提示非功能化碳纳米管可选择性结合某些蛋白群体的潜在用途。
英文摘要
Carbon nanotube has a high potential to be used as a biosensor and drug carrier. However, its binding behavior with proteins needs to be studied before the full potential of carbon nanotube in biological studies can be realized. Although many studies have been conducted to characterize the affinity of functionalized carbon nanotube to various types of proteins, our present study for the first time reported that hemoglobin can bind with non-functionalized carbon nanotube, and this binding can be identified by Raman spectrum. Further, this binding has not changed Raman luminescence with specific excitation and emission wavelengths. The immediate application of these findings is to use non-functionalized carbon nanotube as a biosensor to measure H(2)S in blood in which hemoglobin takes about 37% of the total blood volume. Other potential uses of non-functionalized carbon nanotube to bind selective groups of proteins are also hinted.