组成图示
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传感器类型
光电化学生物传感器
检测对象
有机磷农药（organophosphorus pesticides, OPs；以三氯fon trichlorfon 为例）；样品基质：PBS 加标溶液及蔬菜（芹菜、花椰菜、韭葱）实际样品。
检测原理
AChE 催化 ATCh 水解生成 TCh 和乙酸；TCh 在 PbO2/TiO2/Ti 工作电极表面被氧化。UV 照射 TiO2 产生光生电子-空穴对，空穴氧化吸附水生成 •OH，并与 PbO2 在 0.30 V 下的电催化氧化共同形成光电协同催化，降低 TCh 氧化电位并放大氧化电流。未受抑制时，注入 ATCh 产生初始电流 A0；OPs 与 AChE 结合使其活性受抑制，TCh 生成减少，后续注入 ATCh 的电流 Ai 降低。抑制率随 OPs 浓度和孵育时间增加，因此安培电流变化与 OPs 浓度呈负相关。光电协同催化提高灵敏度，实现低 LOD。
检测灵敏度
LOD: 0.1 nM；线性范围: 0.01-20 μM；KappM: 1.34 mM；R^2 = 0.9969（Michaelis-Menten）；GC 对比: y = 1.1604x - 0.0280, r2 = 0.9964；实际样品: y = 1.1075x - 2.2397, R2 = 0.9998
效应效果
KappM 为 1.34 mM。传感器在 0.30 V（vs. SCE）工作，较常见安培 OPs 传感器低数百毫伏，抗干扰较好：0.1 μM 敌敌畏、甲胺磷、对硫磷及 0.1 M NO3-、SO42- 下电流保持 95-106%。与 GC 法比较 0.05-1.0 μM 三氯fon，y=1.1604x-0.0280，r2=0.9964。芹菜、花椰菜、韭葱加标 200-1000 nM，结果低约 10%，y=1.1075x-2.2397，R2=0.9998。连续 9 次 RSD 4.92%；25 次后保留 93% 活性，4 ℃ 保存 5 个月保留 90%。PAM/ATCh 可再生酶。
传感器的构成
- 基底电极：Ti 棒（Ti rod）作为工作电极基底与导电支撑。
- 光催化修饰层：TiO2 纳米颗粒溶胶凝胶膜（TiO2 sol-gel，粒径约 50 nm），提供 UV 光催化活性。
- 电催化修饰层：PbO2 纳米颗粒膜（PbO2，粒径约 100 nm），提供硫胆碱电催化氧化。
- 识别元件：乙酰胆碱酯酶（AChE，electric eel AChE）滴涂固定，催化 ATCh 水解。
- 酶固定膜：壳聚糖（chitosan，1.0 mg/mL）与 AChE 混合成膜，增强固定与凝胶化。
- 信号底物：乙酰硫胆碱（ATCh）注入后水解为硫胆碱（TCh），TCh 被氧化产生安培电流。
- 三电极检测单元：SCE 参比电极与 Pt 对电极，配合工作电极完成安培检测。
- 光激发单元：12 W 石英 UV 灯（λmax=253.7 nm）与石英窗光化学池，激发 TiO2 产生光生载流子。
中文摘要
本研究开发了一种基于光电协同催化的高灵敏安培生物传感器，用于流动注射分析系统中有机磷农药的检测。乙酰胆碱酯酶（AChE）通过吸附法固定于纳米结构 PbO2/TiO2/Ti 上，该结构同时作为工作电极。该策略可有效催化硫胆碱的氧化反应，使 AChE/PbO2/TiO2/Ti 生物传感器在 0.30 V（vs. SCE）下检测底物，电位比已报道方法低数百毫伏。作者制备并研究了 PbO2/TiO2/Ti 和 TiO2/Ti 电极，并用原子力显微镜表征。优化影响因素后，所得流动系统具有快速、灵敏、稳定的响应。表观 Michaelis-Menten 常数 KappM 为 1.34 mM。对三氯fon 的线性抑制响应范围为 0.01-20 μM，检出限为 0.1 nM。该生物传感器结果与色谱法高度一致，并成功用于实际样品检测。
英文摘要
In this study, a highly sensitive amperometric biosensor based on photoelectro-synergistic catalysis for detecting organophosphorus pesticides (OPs) in flow-injection analysis (FIA) system has been developed. The acetylcholinesterase enzyme (AChE) was immobilized by adsorption into the nanostructured PbO2/TiO2/Ti, which also acted as the working electrode. This strategy was found to catalyze the oxidative reaction of thiocholine effectively, make the AChE/PbO2/TiO2/Ti biosensor detect the substrate at 0.30 V (vs. SCE), hundreds milli-volts lower than others reported. PbO2/TiO2/Ti and TiO2/Ti electrodes were prepared and investigated with atomic force microscope (AFM). Factors influencing the performance were optimized. The resulting flow system offered a fast, sensitive, and stable response. A value of 1.34 mM for the apparent Michaelis-Menten constant (K(M)(app)) was obtained. A wide linear inhibition response for trichlorfon was observed in the range of 0.01-20 microM with the detection limit of 0.1 nM. The results using this biosensor agreed very well with chromatographic method and we also examined the real samples successfully in this work.