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（paraoxon，有机磷农药）；样品基质：去离子水/水溶液（环境水样模拟），电化学测量于 PBS（pH 7.4）
检测原理
该传感器为安培型酶抑制生物传感器。Fe3O4/m-SiO2 生物磁性玻璃负载 AChE 后沉积于 SPE。检测时，AChE 催化底物 ATChCl 水解生成 TCh 和乙酸；TCh 在工作电极 +235 mV 下发生电化学氧化，产生与酶活性成正比的安培电流。当样品中存在 paraoxon 时，有机磷化合物与 AChE 活性位点结合并抑制其催化功能，导致 TCh 生成速率下降，稳态电流降低。通过比较加入 paraoxon 前后的电流，计算抑制率 inhibition (%) = 100 × (I0 - I)/I0，抑制率随 paraoxon 浓度升高而增大，从而实现定量检测。Fe3O4/m-SiO2 载体通过多孔硅壳和磁性核提高酶固定化稳定性与电流响应，无需外加电子介质。
检测灵敏度
LOD: about 5.0 × 10^-9 M of paraoxon, or approximately 0.014 ppm（原文亦表述为 nanomolar range）
效应效果
作者报告 AChE-Fe3O4/m-SiO2 修饰 SPE 的电流响应为 0.82 μA，约为游离 AChE（0.15 μA）的 5.5 倍。短期重复测量 5 次电流响应变化约 2%；7 个 SPE 在 ATChCl 1.0 mM 饱和点标准差约 12%。传感器在 30 天后仍保持 50% 以上酶活性，操作稳定性和储存稳定性良好。检测在 +235 mV 低过电位下进行，无需电化学介质。对氧磷检出限约 5.0×10^-9 M（0.014 ppm），低于美国 EPA 有机磷农药 0.1–1 ppm 标准。论文未报告选择性、抗干扰、实际样品加标回收率及与 ELISA/HPLC/qPCR 的对比，但作者认为该平台可推广至其他有机磷农药检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：丝网印刷电极（SPE，Pine Research Instrumentation）作为工作电极，配合 Ag/AgCl 参比电极和 Pt 辅助电极构成三电极体系。
- 磁性核：四氧化三铁纳米粒子（Fe3O4 NPs，约13 nm，磁铁矿相），提供磁性分离、富集和稳定载体。
- 介孔壳层：介孔二氧化硅（m-SiO2，厚度5–20 nm），由 TEOS 经反向微乳液法包覆形成，提供多孔表面和硅羟基位点。
- 识别/催化元件：乙酰胆碱酯酶（AChE），通过吸附及氨基与硅羟基氢键固定于 Fe3O4/m-SiO2 表面/孔口，催化底物水解。
- 底物/信号前体：乙酰硫代胆碱氯化物（ATChCl，1.0 mM），被 AChE 水解生成硫代胆碱（TCh）和乙酸。
- 被测物/抑制物：对氧磷（paraoxon），有机磷农药，与 AChE 作用后抑制酶活性。
- 检测介质：磷酸盐缓冲液（PBS，pH 7.4）用于电化学测量；去离子水（DI water）用于 paraoxon 孵育。
- 信号读出：安培电流，在 +235 mV vs Ag/AgCl 下检测 TCh 氧化电流，并按抑制率计算 paraoxon 浓度。
中文摘要
本文探索了一种制备具有磁功能的生物功能材料的通用途径，用于设计高稳定性、可磁分离的酶基系统。以乙酰胆碱酯酶（AChE）为模型酶，将其负载于由四氧化三铁（Fe3O4）磁性核和尺寸可调介孔二氧化硅（m-SiO2）壳组成的“生物磁性玻璃”上。该材料通过反向微乳液法制备，Fe3O4 核约 13 nm，二氧化硅壳厚度可通过前驱体浓度调节至 5–20 nm，并具有良好的单分散性和水分散性。AChE 通过吸附和氢键固定于介孔二氧化硅表面，再沉积于丝网印刷电极（SPE）构建安培型生物传感器。以乙酰硫代胆碱氯化物（ATChCl）为底物，酶催化生成硫代胆碱（TCh）并产生电化学电流；有机磷农药对氧磷（paraoxon）抑制 AChE 活性，使电流下降，从而实现定量检测。负载 AChE-生物磁性玻璃的 SPE 相比游离酶具有更高电流响应和稳定性，对氧磷检出限达纳摩尔级。
英文摘要
In this work, a novel avenue to create a generic approach for the fabrication of biofunctional materials with magnetic capabilities to be used in the design of highly stable, magnetically separable enzyme-based systems was explored. As a model system, immobilization of acetylcholinesterase (AChE) was investigated using biomagnetic glasses composed of a magnetic core with a size tunable porous silica shell. The efficiency of the immobilization was determined by analyzing the biosensing capability of these biomagnetic glasses for the detection of the organophosphorous pesticide paraoxon. Screen printed electrodes with the AChE-biomagnetic glasses showed higher current response and stability than for the free enzyme. The detection limit of the paraoxon biosensor was in the nanomolar range.