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
亚硝酸根（nitrite, NO2−）；样品基质：0.1 M pH 7.0 磷酸盐缓冲液（PBS）
检测原理
该传感器以玻璃碳电极为基底，HS-CdS提供大比表面积和类生物微环境，使Hb保持天然构象并实现直接电子转移。在pH 7.0 PBS中，Hb血红素中心发生可逆单电子/单质子转移，形成稳定氧化还原峰。加入NO2−后，Hb介导NO2−在电极表面被还原为NO；NO在约−850 mV处发生不可逆还原，产生与NO2−浓度成正比的安培电流。HS-CdS降低界面阻抗、促进电子传递，因此电流随NO2−浓度升高而增大，实现无介质电催化检测。
检测灵敏度
检出限(LOD): 0.08 μM（3σ）；线性范围: 0.3–182 μM；R^2 = 0.9999（n=19）
效应效果
与实心CdS相比，HS-CdS修饰电极的Hb氧化还原响应提高2.2倍，NO2−电催化电流提高2.5倍。校准曲线RSD为4.1%；40 μM NO2−六次测定平均电流2.2 μA，RSD 3.8%；六个独立电极制备重现性RSD 4.2%。连续循环300次后仅损失9.5%活性；4 ℃ PBS中保存1个月保留95%活性，3个月损失8%；空气中保存1个月保留80%。文中未报告选择性/抗干扰及实际样品回收率实验。其线性范围宽于Hb/介孔SiO2的0.2–3.8 μM，LOD低于Hb/二氧化钛溶胶凝胶的34.0 μM，接近Hb/Au胶体的0.06 μM。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE），直径3 mm，经氧化铝抛光和超声清洗，作为工作电极与电子转导基底。
- 纳米材料修饰层：CdS空心纳米球（HS-CdS），粒径15–35 nm、壳厚约5 nm、BET比表面积约98 m2 g−1，提供大比表面积和生物相容微环境，促进Hb直接电子转移。
- 生物识别/催化元件：牛血红蛋白（Hb），与HS-CdS共混固定，保留天然构象，介导NO2−电催化还原并产生NO。
- 固定/成膜剂：Nafion（10% Nafion溶液），与Hb/HS-CdS胶体混合后滴涂，形成薄膜以固定Hb和HS-CdS并防止泄漏。
- 反应介质：0.1 M pH 7.0磷酸盐缓冲液（PBS），提供H+和离子环境，支持NO2−还原为NO及NO进一步还原。
- 信号读出：电化学工作站（CHI 660）配合饱和甘汞电极（SCE）和铂丝辅助电极，在−850 mV进行安培检测，读取NO还原电流。
中文摘要
本文构建了一种基于血红蛋白（Hb）固定于硫化镉空心纳米球（HS-CdS）修饰玻璃碳电极的新型亚硝酸根生物传感器。在0.1 M、pH 7.0磷酸盐缓冲液中，Hb的直接电子转移呈现一对氧化还原峰，形式电位为−286 mV（vs. SCE）。该过程为表面控制电极过程，每个血红素基团涉及一个质子转移与可逆单电子转移。HS-CdS具有较大比表面积和良好生物相容性，其电化学响应优于实心球形CdS。固定于HS-CdS上的Hb对NO2−表现出优异响应，基于NO的不可逆还原过程。在最佳条件下，该传感器可用于NO2−测定，线性范围为0.3–182 μM，检出限为0.08 μM（3σ）。HS-CdS为蛋白质固定提供了良好基质，在传感器构建中具有应用前景。
英文摘要
A novel nitrite biosensor based on the direct electron transfer of hemoglobin (Hb) immobilized on CdS hollow nanospheres (HS-CdS) modified glassy carbon electrode was constructed. The direct electron transfer of Hb showed a pair of redox peaks with a formal potential of -286 mV (vs. SCE) in 0.1M pH 7.0 phosphate buffer solution. It was a surface-controlled electrode process involving a single proton transfer coupled with a reversible one-electron transfer for each heme group of Hb. HS-CdS had a large specific surface area and good biocompatibility and had a better electrochemical response than that of solid spherical CdS. The immobilized Hb on HS-CdS displayed an excellent response to NO(2)(-) with one irreversible electrode process for NO reduction. Under optimal conditions, the biosensor could be used for the determination of NO(2)(-) with a linear range from 0.3 to 182 microM and a detection limit of 0.08 microM at 3 sigma based on the irreversible reduction of NO. HS-CdS provided a good matrix for protein immobilization and had a promising application in constructing sensors.