组成图示
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传感器类型
比色生物传感器
检测对象
毒死蜱（chlorpyrifos）；样品基质：水样（加标水样）
检测原理
毒死蜱与AChE活性位点丝氨酸羟基发生磷酸化，形成磷酸化AChE，抑制酶活性。在流动注射系统中，先注入ACh底物，未被抑制的AChE催化ACh水解生成乙酸和胆碱，使局部pH下降；BTB作为pH指示剂由绿色变为黄色，622 nm反射光强度增加。若样品含毒死蜱，AChE活性降低，乙酸生成减少，pH变化减小，反射信号降低。通过比较无抑制（E0）与抑制后（Ec）的反射峰高计算抑制率 %I=(E0-Ec)/E0×100，抑制率随毒死蜱浓度增加而增加。检测后注入2-PAM亲核试剂，攻击磷酸化AChE的磷原子，使酶再生。该体系无酶催化沉积等放大，主要依靠酶抑制与指示剂比色响应。
检测灵敏度
LOD: 0.04 mg/L；线性范围: 0.05–2.0 mg/L；斜率: 0.0333 %I/(mg/L)；R^2 = 0.9869
效应效果
该传感器响应时间为 8 min，空白信号重现性 RSD <1.5%（n=6），抑制与再生步骤 RSD 分别为 1.5%（n=3）和 1.2%（n=3）。连续使用一周后仍保留 80% 初始活性；4°C 保存下可稳定使用约 2 个月，之后信号下降 25–30%。与 GC–MS 法比较，对 0.5、0.75、1.0、1.25 和 1.5 mg/L 加标水样进行验证，线性回归为 y=1.1637x−0.1795，r²=0.9721，斜率 1.16，无显著差异。检出限 0.04 mg/L，低于此前报道的 0.5 mg/L，可满足印尼毒死蜱残留限量 0.05 mg/L 的筛查需求。作者认为该光纤比色传感器可用于水样中农药残留的快速、自动化监测，但文中未报告选择性或抗干扰实验。
传感器的构成
- 光学换能器：分叉光纤束探针（BOF）与USB2000光谱仪，采集622 nm反射光
- 流动池基底：定制流动池（flow-cell）及PTFE圆盘反射背衬，提供约20 μL测量体积
- 固定化基质：四乙氧基硅烷（TEOS）酸催化溶胶-凝胶膜，包埋酶与指示剂并防止流失
- 识别/催化元件：乙酰胆碱酯酶（AChE），催化乙酰胆碱水解并被毒死蜱抑制
- 信号指示剂：溴麝香草酚蓝（BTB），随pH变化改变颜色，产生622 nm反射信号变化
- 反应底物：乙酰胆碱（ACh），与AChE反应生成乙酸引起pH下降
- 再生试剂：2-吡啶醛肟甲碘化物（2-PAM），解除磷酸化AChE抑制并恢复酶活性
中文摘要
本文报道了一种基于含乙酰胆碱酯酶（AChE）和溴麝香草酚蓝（BTB）掺杂溶胶-凝胶膜的光纤生物传感器，用于检测有机磷农药毒死蜱。该传感器的主要优势在于将 AChE 与 BTB 共同包埋于单一溶胶-凝胶膜中，二者与溶胶-凝胶基质相容性好，避免了膜内组分流失；酶和指示剂的固定化过程简单，无需化学修饰。传感元件置于流动池内用于流动注射分析系统。在恒定 AChE 条件下，BTB 的颜色变化及 622 nm 处反射信号可反映样品中农药浓度。作者优化了流动系统中的化学与物理参数，传感器响应时间为 8 min。毒死蜱浓度在 0.05–2.0 mg/L 范围内与 AChE 抑制率呈线性关系（18–80% 抑制，R²=0.9869，n=6），检出限为 0.04 mg/L。对 0.5–1.5 mg/L 毒死蜱水样的检测结果与色谱法一致，表明该传感器可用于水样中农药残留的快速筛查。
英文摘要
An optical fiber biosensor consisting of acetylcholinesterase (AChE) and bromothymol blue (BTB) doped sol-gel film was employed to detect organophosphate pesticide chlorpyrifos. The main advantage of this optical biosensor is the use of a single sol-gel film with immobilized AChE and BTB. The compatibility of this mixture (AChE and BTB) with the sol-gel matrix has prevented leaching of the film. The immobilization of the enzyme and indicator was simple without chemical modification. The biosensing element on single sol-gel film has been placed inside the flow-cell for flow system. In the presence of a constant AChE, a color change of the BTB and the measured reflected signal at wavelength 622nm could be related to the pesticide concentration in the sample solutions. The performance of optical biosensor in the flow system has been optimized, including chemical and physical parameters. The response time of the biosensor is 8min. A linear calibration curve of chlorpyrifos against the percentage inhibition of AChE was obtained from 0.05 to 2.0mg/L of chlorpyrifos (18-80% inhibition, R(2)=0.9869, n=6). The detection limit for chlorpyrifos was 0.04mg/L. The results of the analysis of 0.5-1.5mg/L of chlorpyrifos using this optical biosensor agreed well with chromatographic method.