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《Biosens Bioelectron》刊发鲁青教授团队研究成果

来源:  发布时间:2012-10-05 14:14  编辑:

2011年5月6日,国际知名杂志Biosens Bioelectron(《生物传感器与生物电化学》)在线发表了公共卫生学院鲁青教授团队的研究成果。该团队构建了一种新型纳米片层石墨烯-血红素蛋白复合膜生物电化学传感器用于亚硝酸盐的测定。

 

目前,亚硝酸盐类大量用于防腐剂和肥料制造业。持续摄入亚硝酸盐可损害动物和人类的身体健康。亚硝酸盐进入血液中可将血红蛋白不可逆的氧化成高铁血红蛋白,使其丧失携带氧气的能力,进而引起高铁血红蛋白症或“蓝婴综合征”。此外,亚硝酸盐在胃内与胺类反应,生成具有致癌性的亚硝胺或其它含氮类亚硝基化合物可导致食管癌、胃癌、肝癌和大肠癌等。因此,对食品、饮用水以及其他环境样品中亚硝酸盐的检测具有重要的现实意义。

 

此篇名为A novel nitrite biosensor based on single-layer graphene nanoplatelet-protein composite film(《基于石墨烯纳米片层-血红素蛋白复合膜的新型亚硝酸盐生物电化学传感器》)的研究构建了一种新的灵敏度高、成本低、可用于快速检测的生物电化学传感器。

 

据作者介绍,含有亚铁血红素的蛋白或酶(如血红蛋白,肌红蛋白和辣根过氧化物酶等)具有催化还原NO的能力。当亚硝酸盐存在于酸性介质中时,能够发生歧化反应,产生NO。基于以上原理,作者利用NO与含铁血红素蛋白之间的相互作用所产生的电化学响应实现了对亚硝酸盐的间接测定。
NO在血红素蛋白膜上的电催化还原机制为:
MbFe(Ⅲ)+e →MbFe(Ⅱ)
MbFe(Ⅱ)+NO→MbFe(Ⅱ)-NO
MbFe(Ⅱ)-NO+2e+2H+→MbFe(Ⅱ)+H2O+N2O

 

纳米片层石墨烯具有生物相容性好、导电性强以及对局部微小扰动的灵敏性高等诸多优点。在本研究中,作者将纳米片层石墨烯用于血红素蛋白的固定,并在玻碳电极表面构建了纳米片层石墨烯-血红素蛋白复合膜。纳米片层石墨烯在复合膜中充当电子导线的作用,缩短血红素蛋白氧化还原活性中心与电极表面之间电子传递的距离,提高它们之间的电子传递速率,从而大大提高了该传感器的灵敏度及反应效率。

 

研究结果显示该传感器检测亚硝酸盐的线性范围为0.05~2.5 mM,检出限为0.01 mM,低于前期文献报道的检测限近20倍,表明该研究成果在亚硝酸盐的检测方面具有重要的应用价值,为食品安全及环境监测提供了重要的技术支持。