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, OP）；样品基质：0.05 M磷酸盐缓冲液（pH 7.4）水溶液（文中亦面向水样、食品与环境监测）
检测原理
该传感器采用酶促产物安培检测原理。对氧磷（paraoxon）扩散至固定于电极表面的有机磷水解酶（OPH）层，被OPH催化水解，生成电活性产物对硝基苯酚（PNP）。PNP在介孔碳/炭黑/玻璃碳（MC/CB/GC）阳极表面于+0.9 V发生氧化，产生与PNP浓度成正比的阳极电流；由于PNP生成速率受paraoxon浓度控制，稳态电流随paraoxon浓度增加而增大。MC的有序纳米孔、高比表面积和类边缘面缺陷位点（EDS）促进酚类化合物电子转移，CB提高导电性并降低内阻，Nafion固定酶层。该体系以酶催化产生电活性产物作为化学放大，无需额外标记物。
检测灵敏度
LOD: 0.12 μM (36 ppb)；线性范围: 0.2–8 μM；灵敏度: 198 nA/μM；R^2: 0.985<（Table 1）；correlation coefficient: 0.977（Fig. 3）
效应效果
该传感器对酶促产物PNP选择性良好，10 μM paraoxon直接氧化仅18 nA，而10 μM PNP为125 nA，表明干扰较低。响应时间约10 s达到稳态，快于乙酰胆碱酯酶抑制型传感器。与已有方法相比，其灵敏度198 nA/μM显著高于CNT修饰电极的25 nA/μM、碳糊电极的12 nA/μM和厚膜电极的2.83/1.67 nA/μM；LOD 0.12 μM（36 ppb），线性范围0.2–8 μM，R^2为0.985<（Table 1）或相关系数0.977（Fig. 3）。MC/CB层还改善酚类氧化导致的表面污染，长期稳定性较好。原文未报告RSD与实际样品加标回收率，但作者认为其适用于有机磷农药/神经毒剂的现场快速检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GC/GCE，直径3 mm），抛光后作为工作电极基底
- 导电/催化修饰层：介孔碳（MC，0.03 mg，BET 1205 m2/g，孔体积1.176 cm3/g，孔径约4.2 nm），提供高比表面积、有序孔和类边缘面缺陷位点（EDS），促进对硝基苯酚（PNP）电子转移
- 导电增强层：炭黑（CB，Ketjenblack ECP-600JD，0.013 mg，粒径34 nm，比表面积1270 m2/g），填充MC间隙，降低内阻并提高导电性
- 固定/封闭层：Nafion（0.5%乙醇溶液），固定有机磷水解酶（OPH）并稳定酶层
- 识别/催化元件：有机磷水解酶（OPH，重组E. coli表达，6×His标签，86 IU/mL），催化有机磷化合物水解
- 信号产物：对硝基苯酚（PNP），OPH催化对氧磷（paraoxon）水解产生的电活性产物，在阳极氧化产生电流
- 电解液/缓冲体系：0.05 M磷酸盐缓冲液（pH 7.4），提供离子导电环境
中文摘要
为检测既用作农药又用作神经毒剂的有机磷化合物，开发了一种基于有机磷水解酶（OPH）的新型生物传感器。以介孔碳（MC）和炭黑（CB）作为阳极修饰层，可显著提高传感器对有机磷水解酶反应产物对硝基苯酚（PNP）的灵敏度。与碳纳米管（CNT）修饰电极相比，MC/CB/玻璃碳（GC）层表现出更强的安培响应，因为它促进了酶促生成的酚类化合物（PNP）的电子转移。MC 的有序纳米孔、大量类边缘面缺陷位点（EDS）和高比表面积使灵敏度提高，并实现对分析物对氧磷（paraoxon）的纳摩尔级检测。因此，MC 适用于实时生物传感器。在优化实验条件下，该传感器对对氧磷的检出限为 0.12 μM（36 ppb），灵敏度为 198 nA/μM。
英文摘要
To detect organophosphate chemicals, which are used both as pesticides and as nerve agents, a novel biosensor based on organophosphorus hydrolase was developed. By using mesoporous carbon (MC) and carbon black (CB) as an anodic layer, the sensitivity of the sensor to p-nitrophenol (PNP), which is the product of the organophosphorus hydrolase reaction, was greatly improved. The MC/CB/glass carbon (GC) layer exhibited an enhanced amperometric response relative to a carbon nanotube (CNT)-modified electrode because it promoted electron transfer of enzymatically generated phenolic compounds (p-nitrophenol). The well-ordered nanopores, many edge-plane-like defective sites (EDSs), and high surface area of the MC resulted in increased sensitivity, and allowed for nanomolar-range detection of the analyte paraoxon. Thus, MCs are suitable for use in real-time biosensors. Under the optimized experimental conditions, the biosensor had a detection limit of 0.12 microM (36 ppb) and a sensitivity of 198 nA/microM for paraoxon.