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
二硝基乙苯（DNEB，dinitroethylbenzene）、三硝基甲苯（TNT）、四硝基二苯胺（Tetryl）、硝化甘油（NG）、黑索金（HMX）、三醋酸三过氧化（TATP）、六亚甲基三过氧化二胺（HMTD）等爆炸物蒸气；样品基质：空气/蒸气样品，经低温捕集阱富集后用 DMSO 洗脱成液相。
检测原理
基因工程硝基还原酶NfnB-cys12通过半胱氨酸标签定向固定于Au(111)金电极表面，形成酶识别层。爆炸物硝基芳烃（如DNEB）进入酶活性中心后，被含FMN辅基的NTR催化还原；可溶性二羧基二茂铁FcDA作为替代辅因子在活性位点接受电子并被氧化为FcDA+，从而再生酶活性形式。FcDA+扩散至金电极表面，在+100 mV vs SCE下被还原为FcDA，产生可测量的安培电流瞬态，通常表现为电流下降。电流变化幅度与进入酶层的硝基芳烃量成正比，因此可定量。蒸气样品先经低温捕集阱冷凝富集（约60倍/min），再用DMSO洗脱并注入电解液，实现痕量蒸气信号的放大与检测。
检测灵敏度
LOD: 6 parts per trillion (ppt) from a room temperature sample
效应效果
紫外-可见吸收法显示NfnB-cys12对多种爆炸物具有选择性，并以苯作为非目标物说明选择性；对TATP和HMTD的响应与HMX相当。蒸气捕集阱在5、10、20 min采样时分别保留98.5%、99.5%、99.8%的DNEB，富集效率约60倍/min。在0–20 °C、30 cm3 min−1载气下，DNEB蒸气浓度由4 ppt升至32 ppt。注入50 ppt DNEB洗脱液后，传感器在+100 mV vs SCE产生约1 nA可重复电流下降并恢复基线，显示可重复使用。与HPLC结果高度一致，验证了安培生物传感器检测爆炸物蒸气的可行性；作者提出可开发手持式NanoDog原型用于现场筛查。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金(111)镀膜玻璃片（Au(111)-coated glass slide），火焰退火形成平整 Au(111) 表面，作为安培工作电极。
- 识别元件/酶修饰层：基因工程改造硝基还原酶 NfnB-cys12（NTR，nfnB 基因，含 FMN 辅基），通过半胱氨酸标签定向自组装于金表面，选择性催化还原硝基芳烃爆炸物。
- 电子供体/辅因子：二羧基二茂铁 FcDA（ferrocene dicarboxylic acid），作为可溶性替代辅因子在酶活性位点被氧化，并在电极表面还原产生电流。
- 电解液/反应介质：0.1 M 磷酸盐缓冲液（pH 7.1），含 2 mM FcDA，维持酶活性与电化学反应环境。
- 参比电极：饱和甘汞电极（SCE），用于在 +100 mV vs SCE 下固定检测电位。
- 对电极：铂电极（Pt），构成三电极电化学回路。
- 蒸气捕集/富集模块：冷却铜管蒸气捕集阱（2 °C，30 cm3 min−1），将气相爆炸物冷凝富集，并用 DMSO 洗脱，富集速率约 60 倍/min。
- 蒸气发生/样品制备模块：自制蒸气发生器（N2 载气、涂覆分析物的玻璃柱、温控单元），产生已知浓度的爆炸物蒸气样品。
中文摘要
本文报道一种基于基因工程改造酶的安培型生物传感器，用于原位检测多种爆炸物化合物的痕量蒸气。研究采用自制蒸气发生器产生标准爆炸物蒸气，并通过低温捕集阱将气相样品冷凝富集到液相，采样过程中每分钟可实现约60倍富集。传感器以金(111)镀膜玻璃片为工作电极，表面通过半胱氨酸标签定向自组装硝基还原酶NfnB-cys12，利用酶对硝基芳烃爆炸物的生物亲和性实现选择性识别。检测时，爆炸物被酶催化还原，可溶性二羧基二茂铁FcDA作为替代辅因子被氧化，氧化态FcDA在金电极表面还原并产生安培电流，电流变化与硝基芳烃浓度相关。该传感器在室温蒸气样品中达到6 ppt的检出限，并通过紫外-可见吸收法验证了酶对多种爆炸物的特异性活性。
英文摘要
An amperometric biosensor based on genetically-modified enzymes was used for the in situ detection of trace vapours from a number of explosive compounds. The vapour samples that were generated from a purpose-built vapour generator were collected and pre-concentrated using a trap able to concentrate samples at a rate of 60-fold per minute of sampling. The amperometric biosensor achieved a remarkably low vapour detection limit of 6 parts per trillion from a room temperature sample. The specific activity of the reported enzyme toward a number of explosive compounds was also confirmed using absorbance measurements.