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
硝酸盐（nitrate, NO3-）；实验样品基质为 0.1 M PBS（pH 7.5）缓冲溶液，含 0.1 M LiCl 和 7 mM K3Fe(CN)6；标准方法用蒸馏水配制硝酸盐标准液
检测原理
该传感器以硝酸还原酶（NR）为识别元件，催化硝酸盐（NO3-）还原为亚硝酸盐（NO2-）。在 0.13 V 下，溶液中的铁氰化钾（K3Fe(CN)6）被还原为 Fe(CN)6^4-，作为可溶性电子媒介将电子传递给 NR；NR 催化 NO3- 还原时消耗 Fe(CN)6^4-，使 Fe(CN)6^3-/4- 电对还原电流发生变化，电流变化量（ΔI）与 NO3- 浓度成正比。CNTs 的高导电性和纳米结构促进酶深埋活性中心与电极/媒介之间的电子传递，PPy 膜包埋并稳定 NR，LiCl 支持电解质提高电导并降低工作电位，避免酶失活。最终由三电极电化学池在 CHI 840B 上以安培法记录稳态电流，实现硝酸盐定量检测。
检测灵敏度
LOD: 0.17 mM (S/N=3)；线性范围: 0.44–1.45 mM；灵敏度: 300 nA/mM；R^2 = 0.97
效应效果
在优化条件下，传感器响应时间为 20 s，快于文献报道的 30 s、15–60 s 和 40 s。对 1 mM 硝酸盐重复 7 次测量，RSD 为 5.4%；每天使用 10 天后仍保留 70% 初始响应。其线性范围 0.44–1.45 mM 宽于 UV 分光光度法（0.16–0.8 mM）和直接光度法（0.016–0.96 mM），回收率为 97%，高于 UV 法 96% 和光度法 90%。干扰方面，1 μg/L 酚使响应降至约一半，50 μg/L 时约 40%，作者认为更高浓度下相对稳定；20 mg/L 葡萄糖使响应下降约 38%。相比 NADH 体系，铁氰化钾媒介避免 NAD• 二聚体污染电极，扩大动态范围并降低成本，适合环境水样硝酸盐快速检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（glassy carbon electrode, GCE），3 mm 工作电极，提供电子传递界面
- 纳米材料修饰层：氧化碳纳米管（oxidized CNTs, o-CNTs）与聚吡咯（polypyrrole, PPy）复合膜，电聚合沉积，CNTs 提供导电通道和羧基固定位点，PPy 包埋酶并成膜
- 识别元件：硝酸还原酶（nitrate reductase, NR，Aspergillus niger），部分包埋于 PPy 生长膜，部分经碳二亚胺偶联化学固定于 CNTs 羧基
- 电子媒介：六氰合铁(III)酸钾（potassium ferricyanide, K3Fe(CN)6），在 0.13 V 被还原为 Fe(CN)6^4-，向 NR 传递电子
- 支持电解质：氯化锂（lithium chloride, LiCl），0.1 M，提高溶液电导并降低工作电位
- 缓冲介质：磷酸盐缓冲液（phosphate buffer solution, PBS），0.1 M pH 7.5，维持酶活性
- 偶联剂：1-环己基-3-(2-吗啉乙基)碳二亚胺甲磺酸甲苯酯（carbodiimide coupling agent），活化 CNTs 羧基以固定 NR
- 检测系统：三电极电化学池与 CHI 840B 电化学分析仪，铂丝对电极、Ag/AgCl 参比电极，安培电流读出
中文摘要
本研究构建并表征了一种基于聚吡咯（PPy）/碳纳米管（CNTs）复合膜的安培型硝酸盐生物传感器。硝酸还原酶（NR）既在聚吡咯电聚合生长过程中被包埋，又通过碳纳米管羧基化学固定于 CNT/PPy 膜电极上。在含 0.1 M 氯化锂和 7 mM 铁氰化钾的 0.1 M 磷酸盐缓冲液（PBS，pH 7.5）中，施加 0.13 V（vs. Ag/AgCl，3 M NaCl）时获得最佳安培响应。传感器灵敏度为 300 nA/mM，线性范围为 0.44–1.45 mM，回归系数为 0.97。与本文测试的标准硝酸盐分析方法及基于 NADH 的硝酸盐生物传感器相比，该传感器具有更宽的线性范围。最低可检测浓度为 0.17 mM（S/N=3），相对标准偏差（RSD）为 5.4%（n=7）。酚和葡萄糖分别在 1 μg/L 和 20 mg/L 浓度下对电化学反应产生明显抑制。在每天使用的 10 天期内，传感器响应保留初始响应的 70%。
英文摘要
This study describes the construction and characterization of an amperometric nitrate biosensor based on the Polypyrrole (PPy)/Carbon nanotubes (CNTs) film. Nitrate reductase (NR) was both entrapped into the growing PPy film and chemically immobilized via the carboxyl groups of CNTs to the CNT/PPy film electrode. The optimum amperometric response for nitrate was obtained in 0.1 M phosphate buffer solution (PBS), pH 7.5 including 0.1 M lithium chloride and 7 mM potassium ferricyanide with an applied potential of 0.13 V (vs. Ag/AgCl, 3 M NaCl). Sensitivity was found to be 300 nA/mM in a linear range of 0.44-1.45 mM with a regression coefficient of 0.97. The biosensor response showed a higher linear range in comparison to standard nitrate analysis methods which were tested in this study and NADH based nitrate biosensors. A minimum detectable concentration of 0.17 mM (S/N=3) with a relative standard deviation (RSD) of 5.4% (n=7) was obtained for the biosensor. Phenol and glucose inhibit the electrochemical reaction strictly at a concentration of 1 μg/L and 20 mg/L, respectively. The biosensor response retained 70% of its initial response over 10 day usage period when used everyday.