组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
过氧化氢（H2O2，活性氧 ROS 主要形式）/氧化爆发（OB）；间接反映镉离子（Cd2+）胁迫；样品基质：油菜（Brassica napus L.）活体叶柄组织液
检测原理
油菜受 Cd2+ 胁迫后，细胞内活性氧（ROS）快速过量产生，形成氧化爆发（OB），其中 H2O2 是主要可电催化检测组分。H2O2 从叶柄组织液扩散至 POPD–Pt-MP–Pt 微电极表面，在固定工作电位 −0.2 V 下发生电催化还原，产生与 H2O2 浓度成正比的还原电流。POPD 膜带正电荷，允许中性 H2O2 和阴离子通过，同时阻挡阳离子及污损分子，提高选择性；Pt 微粒层增大电极有效面积并增强 H2O2 电催化活性。安培法连续采集电流，H2O2 浓度升高时电流上升，OB 过程表现为多个电流峰，从而实现活体实时监测。
检测灵敏度
LOD: 4.0 × 10−6 M；线性范围: 1.2 × 10−5–1.2 × 10−3 M；灵敏度斜率: 0.0034（I = 2.55 + 0.0034c）；R = 0.990
效应效果
该传感器对植物中常见抗坏血酸具有较好抗干扰性：在 1 mmol/L NaCl 含 4.9×10−5 M H2O2 体系中，10 倍抗坏血酸干扰很小。活体实验中，油菜受 Cd2+ 胁迫后在 3.3 h、8.4 h 和 13.2 h 出现三次氧化爆发，每个峰持续至少 4 h，估算 H2O2 量分别为 6.2×10−10、3.9×10−10 和 3.1×10−10 mol；对照无明显信号。8 株油菜均出现三次爆发，但峰时和峰强重现性一般。AAS 验证胁迫后干叶柄 Cd2+ 为 2.53 μM（0.15 mg/g），对照未检出。作者认为该微电极可实时研究植物自防御机制。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：Pt 微电极（直径 0.1 mm，长 5.1 mm），导电基底并电催化 H2O2
- 纳米材料修饰层：Pt 微粒（Pt-MP）层，由 K2PtCl6 在 0.5 M H2SO4 中电沉积，增强 H2O2 电催化活性
- 纳米材料修饰层：聚邻苯二胺（POPD）膜，由邻苯二胺（OPD）在 0.5 M H2SO4 中电聚合，正电荷多孔膜，阻挡阳离子和污损
- 识别元件：无特异性生物识别元件，POPD–Pt-MP–Pt 界面直接电催化响应 H2O2
- 信号标记物：无外加标记物，H2O2 在 −0.2 V 还原产生安培电流
- 辅助电极：Ag/AgCl 参比电极与 Pt 对电极，插入叶柄构成三电极体系
中文摘要
由于镉离子（Cd2+）胁迫对植物的作用机制尚不明确，亟需建立活体监测方法。氧化爆发（OB）是植物受 Cd2+ 胁迫过程中的重要信号事件。本研究旨在建立一种基于聚邻苯二胺（POPD）和铂微粒（Pt-MP）修饰铂电极（POPD–Pt-MP–Pt）的电化学微生物传感器，用于油菜（Brassica napus L.）体内 Cd2+ 胁迫诱导氧化爆发的实时检测。通过优化制备 POPD–Pt-MP–Pt 微电极，并采用安培法采集电化学信号。结果表明，油菜暴露于 84.9 mM CdCl2 胁迫后，在 3.3 h、8.4 h 和 13.2 h 分别出现三次氧化爆发；对照处理未观察到明显信号。该工作实现了利用 POPD–Pt-MP–Pt 微生物传感器对油菜体内 Cd2+ 胁迫诱导 OB 过程的实时监测，不仅有利于研究植物对 Cd2+ 等逆境环境的自防御响应，也为解析植物自防御机制提供了有效工具。
英文摘要
INTRODUCTION: Since the mechanism of Cd(2+) stress for plants is not clear, an in vivo method to monitor Cd(2+) stress for plants is necessary. However, oxidative burst (OB) is a signal messenger in the process of Cd(2+) stress for plants.
OBJECTIVE: To establish an electrochemical method with poly-o-phenylenediamine and Pt microparticle modified Pt electrode (POPD-Pt-MP-Pt) as a microbiosensor for the in vivo detection of oxidative burst induced by Cd(2+) stress in oilseed rape (Brassica napus L.).
METHODOLOGY: The optimal fabrication of POPD-Pt-MP-Pt biosensor was achieved. Electrochemical signal was collected by amperometry.
RESULTS: After oilseed rape was exposed to 84.9 mM CdCl(2) stress, three oxidative bursts were observed in oilseed rape by amperometry at 3.3 h, 8.4 h and 13.2 h, respectively. However, there was no obvious signal observed in the controlled assay.
CONCLUSION: This contribution presents the in vivo monitoring of the OB process induced by Cd(2+) stress in oilseed rape by POPD-Pt-MP-Pt microbiosensor in real-time. The novel electrochemical microbiosensor not only facilitates the real-time study in plant self-defence response to the adverse environment such as Cd(2+) stress, but also provides an effective tool for probing the self-defence mechanism in plants.