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
对氧磷乙酯（paraoxon ethyl）、克百特（aldicarb）、沙林（sarin）；样品基质：0.1 M磷酸缓冲液（pH 7.4），文中关联饮用水/现场样品检测
检测原理
该传感器采用双酶级联抑制模式。AChE将底物乙酰胆碱氯化物（AChCl）水解为胆碱，ChOx在氧气存在下氧化胆碱并生成H2O2；H2O2在Au–PtNPs/3-APTES/GC电极表面于+0.4 V发生电催化氧化，产生与H2O2浓度成正比的安培电流。当有机磷农药、氨基甲酸酯或神经毒剂存在时，抑制剂与AChE活性位点结合并抑制其水解活性，使胆碱和H2O2生成减少，氧化电流下降。以30–40%酶抑制为检测窗口，电流下降幅度随抑制剂浓度增加而增大，在一定范围内呈线性。Au与Pt纳米粒子协同降低H2O2电催化过电位，提高电子转移和灵敏度。
检测灵敏度
LOD: 对氧磷乙酯 150–200 nM；沙林 40–50 nM；克百特 40–60 μM（30–40% AChE抑制水平）；线性范围: 沙林 40 nM；克百特 40 μM；对氧磷乙酯 150 nM
效应效果
该传感器在0.4 V工作电位下对常见电活性干扰物具有较好抗干扰性，0.1 mM抗坏血酸和0.1 mM尿酸均未引起明显电流变化。固定化酶的IC50和Ki与游离酶光谱法结果总体处于同一数量级，仅克百特的IC50存在差异；沙林抑制更强，5 min内可造成约70%抑制，而对氧磷乙酯和克百特的抑制在25 min后趋于平台。传感器可在nM至μM水平检测沙林、对氧磷乙酯和克百特，满足饮用水中沙林28–84 nM（4–12 μg/L）的敏感检测需求。作者认为其具有现场快速检测有机磷和神经毒剂的应用潜力，但文中未报告RSD、实际样品回收率或与ELISA/HPLC/qPCR的直接对比。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻碳电极（glassy carbon, GC），直径3 mm，作为工作电极和电子传导基底
- 硅烷修饰层：3-氨丙基三乙氧基硅烷（3-aminopropyltriethoxysilane, 3-APTES），70%溶液过夜凝胶化，提供氨基锚定金属纳米粒子并参与交联
- 双金属纳米粒子层：金-铂双金属纳米粒子（Au–PtNPs），由HAuCl4和H2PtCl6在0.5 M H2SO4中恒电位-0.2 V电沉积400 s，粒径50–100 nm，增强H2O2电催化和电子转移
- 交联固定层：戊二醛（glutaraldehyde, GA），与3-APTES氨基反应，交联固定双酶
- 识别/靶酶层：乙酰胆碱酯酶（acetylcholinesterase, AChE），水解乙酰胆碱，被有机磷/氨基甲酸酯/神经毒剂抑制
- 信号酶层：胆碱氧化酶（choline oxidase, ChOx），氧化胆碱产生H2O2
- 反应底物：乙酰胆碱氯化物（acetylcholine chloride, AChCl），2 mM，作为AChE底物
- 信号产物：过氧化氢（H2O2），在+0.4 V被Au–PtNPs电催化氧化产生安培电流
中文摘要
开发了一种新型高灵敏度安培生物传感器，基于将金-铂双金属纳米粒子电沉积到3-氨丙基三乙氧基硅烷（3-APTES）修饰的玻碳电极上，用于检测对氧磷乙酯（paraoxon ethyl）、克百特（aldicarb）和沙林（sarin）。该生物传感器由戊二醛交联固定在修饰电极上的乙酰胆碱酯酶（AChE）和胆碱氧化酶（ChOx）组成。采用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线（EDX）、循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）表征纳米粒子修饰电极。Au和Pt纳米粒子的协同作用在低施加电位下对过氧化氢（H2O2）表现出优异的电催化活性。利用修饰电极上固定化酶测定了抑制剂的IC50和抑制速率常数（Ki），并与溶液中游离酶的光谱法测定结果比较。在AChE酶30–40%抑制水平下，对氧磷乙酯、沙林和克百特可分别检测至150–200 nM、40–50 nM和40–60 μM，并在较宽浓度范围内呈线性。
英文摘要
A novel, highly sensitive amperometric biosensor, based on electrodeposition of gold-platinum bimetallic nanoparticles onto 3-aminopropyltriethoxy silane modified glassy carbon electrode for the detection of paraoxon ethyl, aldicarb, and sarin has been developed. The biosensor consists of acetylcholineesterase (AChE)/choline oxidase (ChOx) immobilized by cross-linking with glutaraldehyde on a modified electrode. The properties of nanoparticles modified electrodes are characterized by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray (EDX), cyclic voltammograms (CVs) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The synergistic action of Au and Pt nanoparticles showed excellent electrocatalytic activity with low applied potential for the detection of hydrogen peroxide (H(2)O(2)). The IC(50) and inhibition rate constant (K(i)) values were determined for the inhibitors using immobilized enzymes on modified electrode and the data were compared by spectrophotometric determination of these kinetic parameters using free enzymes in solution. Paraoxon ethyl, sarin, and aldicarb could be detected up to 150-200nM, 40-50nM, and 40-60 microM respectively at 30-40% inhibition level of AChE enzyme and followed linearity in wide range concentration.