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
硝基甲烷（nitromethane, CH3NO2）；样品基质：磷酸盐缓冲液（PBS）、环境淡水样品
检测原理
该传感器采用GR-CS/Hb/GR/IL三明治结构，使Hb保持天然构象和生物活性。GR的高导电性和IL的生物相容性促进Hb中血红素铁与GCE之间的直接电子转移，使Hb在−0.240 V附近出现可逆氧化还原峰。检测时，CH3NO2扩散进入膜内并与Hb活性位点作用，在−0.35 V下发生电催化还原；电子经GR和IL传递至GCE，产生随CH3NO2浓度增大的阴极电流。低浓度区电流与浓度呈线性关系，高浓度区趋于饱和，符合米氏动力学，表观米氏常数为0.16 μM。
检测灵敏度
LOD: 6.0 × 10−10 M (S/N = 3)；线性范围: 2.0 × 10−9–2.3 × 10−7 M；R^2 = 0.9991；灵敏度: 788 μA mM−1；实际样品线性范围: 9.9 × 10−9–4.0 × 10−7 M；实际样品灵敏度: 353 μA mM−1
效应效果
该传感器在−0.35 V下对1000倍NO3−、甲苯（C7H8）和硝基苯（C6H5NO2）无明显干扰，选择性较好。单电极连续测定1.36×10−7 M CH3NO2的RSD为5.41%；冰箱保存50天后仍保持初始响应的90%。与Mb/ddab/PG电极LOD 3.3×10−5 M相比，本传感器LOD达6.0×10−10 M，接近SPME-GC–HRMS的1.6×10−10 M；灵敏度788 μA mM−1，高于GR-CS/GR/IL/GCE的329 μA mM−1和CS/Hb/IL/GCE的211 μA mM−1。实际淡水样品中本底CH3NO2低于检出限，加标后电流明显增加，线性范围9.9×10−9–4.0×10−7 M，灵敏度353 μA mM−1。作者认为可用于环境水样和临床实验室低成本监测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻碳电极（GCE），经预处理，作为工作电极和电子传导基底
- 室温离子液层：1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[bmim][BF4]）乙醇溶液滴涂，形成IL/GCE，提供高导电、宽电位窗口和生物相容微环境
- 石墨烯导电层：石墨烯（GR）二甲基甲酰胺（DMF）溶液滴涂于IL/GCE，形成GR/IL/GCE，提供高比表面积和导电通道
- 识别/生物催化元件：牛血红蛋白（Hb）溶液滴涂于GR/IL/GCE，形成Hb/GR/IL/GCE，作为识别和电催化硝基甲烷的血红素蛋白
- 外层固定/保护修饰层：壳聚糖（CS）分散石墨烯（GR）溶液滴涂于Hb层，形成GR-CS/Hb/GR/IL/GCE，固定Hb、防止泄漏并维持生物活性
中文摘要
本文首次报道了一种基于石墨烯（GR）、壳聚糖（CS）、血红蛋白（Hb）和室温离子液（IL）修饰玻碳电极（GCE）的安培法硝基甲烷（CH3NO2）生物传感器。作者采用扫描电子显微镜（SEM）表征了不同膜的形貌，并通过循环伏安法（CV）和计时电流法评价其电化学性能。在GR-CS/Hb/GR/IL/GCE上观察到Hb稳定且清晰的氧化还原峰，形式电位为−0.240 V，表明Hb保持直接电子转移能力。系统考察了磷酸盐缓冲液pH、扫描速率和温度对传感器性能的影响，并计算了异相电子转移速率常数等电化学参数。结果表明，GR与IL的协同作用显著促进了Hb的电子转移，并增强了对CH3NO2的电催化活性。该传感器表观米氏常数为0.16 μM，显示对CH3NO2具有较高亲和力；安培响应时间小于5 s，检出限为6.0×10−10 M，并具有良好的长期储存稳定性。
英文摘要
A novel amperometric biosensor for nitromethane (CH(3)NO(2)) based on immobilization of graphene (GR), chitosan (CS), hemoglobin (Hb) and room temperature ionic liquid (IL) on a glassy carbon electrode (GCE) was developed for the first time. The surface morphologies of a set of representative membranes were characterized by means of scanning electron microscopy (SEM). The electrochemical performance of the biosensor was evaluated by cyclic voltammetry (CV) and chronoamperometry. A pair of stable and well-defined redox peaks of Hb with a formal potential of -0.240 V was observed at the GR-CS/Hb/GR/IL/GCE. The effects of phosphate buffer pH, scan rate, and temperature on the biosensor were investigated to provide optimum analytical performance. Moreover, several electrochemical parameters, e.g., the heterogeneous electron transfer rate constant (k(s)), were calculated in detail. The presence of both GR and IL not only dramatically facilitated the electron transfer of Hb, but also greatly enhanced electrocatalytic activity towards CH(3)NO(2). The apparent Michaelis-Menten constant was down to 0.16 μM, indicating that the biosensor possessed high affinity to CH(3)NO(2). Besides this, the proposed biosensor exhibited fast amperometric response (<5s), low detection limit (6.0 × 10(-10)M), and excellent long-time storage stability for the determination of CH(3)NO(2).