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
亚硝酸盐（nitrite, NO2-）；样品基质：磷酸盐缓冲液（PBS）溶液
检测原理
固定化Cyt c在BDD电极上发生直接电子转移，其血红素Fe(II)/Fe(III)可被电化学氧化。在较高电位下，Cyt c经两步氧化生成高活性Cyt c p-阳离子。该活性形式作为生物催化氧化剂，与溶液中的NO2-发生两步反应，经NO2自由基和oxoiron Cyt c中间体，最终将NO2-氧化为NO3-，同时Cyt c恢复或参与电子循环。NO2-浓度越高，0.7 V（vs. SCE）处的氧化电流越大，因此通过差分脉冲伏安法/安培法读取电流即可定量亚硝酸盐。SiO2凝胶三明治结构提供半开放微环境，保护Cyt c并允许NO2-和电子传递。
检测灵敏度
LOD: 0.5 mM（S/N = 3）；线性范围: 1.0×10^-6–1.0×10^-3 M；灵敏度: 0.17 mA mM^-1 cm^-2
效应效果
该传感器稳定性良好：在PBS（pH 6.86）中于-0.5~0.5 V循环50次，伏安电流无明显衰减；4℃ PBS中保存至少1周电流基本稳定；长时间浸泡于pH 3或pH 12强酸/强碱溶液后仍保持灵敏度；对NO2-响应30天后无明显衰减。7个同法制备电极在50 mM NO2-下的电流RSD为5.6%。其LOD为0.5 mM（S/N=3），低于Hb/胶体金纳米粒子/TiO2溶胶-凝胶膜修饰GCE和Mb-ZnO修饰石墨电极，与PbO2-石墨复合电极（0.9 mM）及MnO2-石墨复合电极（0.4 mM）相当或更低。作者认为该氧化型安培生物传感器可用于灵敏监测亚硝酸盐，具有较长使用寿命和较低单次使用成本。
传感器的构成
- 基底电极：导电硼掺杂金刚石薄膜（BDD），经1 M H2SO4中循环伏安预处理形成H端正电荷表面，作为换能器与电子传导基底。
- 下层修饰层：二氧化硅凝胶（SiO2 gel），由四乙氧基硅烷（TEOS）在0.2 M醋酸缓冲液（ABS, pH 4.5）中表面气相溶胶-凝胶原位沉积，提供负电荷结合位点、电子转移通道和半开放保护微环境。
- 识别/生物催化元件：马心脏细胞色素c（Cyt c），在pH 6.86磷酸盐缓冲液（PBS, 1×10^-4 M）中通过静电吸引固定于SiO2凝胶，保持血红素FeIII/FeII直接电化学和氧化催化活性。
- 上层修饰层：第二层二氧化硅凝胶（SiO2 gel），再次由TEOS表面气相溶胶-凝胶原位沉积，覆盖Cyt c形成三明治结构，防止脱附并维持生物活性。
- 信号催化活性形式：Cyt c p-阳离子，由固定化Cyt c经两步电化学氧化生成，作为强氧化剂催化NO2-氧化为NO3-并产生氧化电流。
- 检测信号：亚硝酸根氧化电流（NO2-→NO3-），在0.7 V（vs. SCE）差分脉冲伏安法下随NO2-浓度增加而增大。
中文摘要
在导电硼掺杂金刚石（BDD）薄膜电极上设计并构建了新型三明治结构二氧化硅凝胶/细胞色素c（Cyt c）/二氧化硅凝胶。首先采用简便的表面气相溶胶-凝胶法，在经循环伏安预处理呈正电荷的氢端BDD电极上原位沉积一层SiO2凝胶膜；随后利用静电吸引将Cyt c固定于SiO2膜中，再原位沉积第二层SiO2凝胶，形成SiO2/Cyt c/SiO2/BDD电极。SiO2中间层作为选择性“半开放”介质，既保证固定化Cyt c保持高稳定性，又使其具有良好的直接电化学和生物催化响应；Cyt c的生物活性得到良好保护，即使在极端高或低pH条件下也不发生不可逆变性。更重要的是，三明治结构电极中的Cyt c可通过两步电化学氧化进一步转化为高反应性的Cyt c p-阳离子，该活性形式可将溶液中的亚硝酸根（NO2-）氧化为硝酸根（NO3-）。基于这一生物催化氧化相互作用，首次建立了灵敏的亚硝酸盐电化学检测方法，并提出了可能的反应机制。
英文摘要
A novel sandwich structured SiO(2) gel/cytochrome c (Cyt c)/SiO(2) gel was designed and constructed on conductive boron-doped diamond (BDD) film substrate. A SiO(2) gel membrane was first in situ deposited on the pretreated positive charged H-terminated BDD electrode with a simple and artful surface vapor sol-gel method. Cyt c was subsequently immobilized onto the SiO(2) membranes by electrostatic attraction, followed by another SiO(2) gel layer in situ depositing on it. The SiO(2) interlayer was conceived to play an important role in the resultant sandwich structured SiO(2)/Cyt c/SiO(2)/BDD electrode as a selective "semi-open" medium, which guaranteed the immobilized Cyt c to maintain high stability and perform good electrochemistry and biocatalysis responses. The bioactivity of Cyt c was well protected and the immobilized biomolecule even didn't denature at extremely high or low pH condition. More attractively, Cyt c in the sandwich structured electrode could be further oxidized into highly reactive Cyt c pi-cation by two-step electrochemical oxidation, which could oxidize NO(2)(-) into NO(3)(-) in the solution. A sensitive determination approach of nitrite was accordingly built up based on this biocatalytic oxidative interaction for the first time and a possible mechanism of the interaction was herein proposed.