组成图示
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传感器类型
全细胞生物传感器
检测对象
莠去津（atrazine）、propazine（丙嗪）；样品基质：水溶液（除草剂以丙酮配制后稀释于水，未报道实际环境水样）
检测原理
MNP功能化栅藻通过PAH-MNPs静电吸附，并被NdFeB永磁体磁场保留在丝网印刷电极工作区上方。光照下，活细胞光合系统II（PSII）进行光合电子传递，将电子传递给溶液中铁氰化钾（K3Fe(CN)6），Fe(CN)6^3-在石墨工作电极（-600 mV vs Ag/AgCl）被还原为Fe(CN)6^4-，产生阴极电流；黑暗时电流降低，光/暗交替形成周期性电流振荡。三嗪类除草剂结合PSII的醌结合位点，阻断电子流，使光照下铁氰化钾还原电流下降。以加药前后光暗电流差计算抑制率I%=(I0-I)/I0×100%，I%随除草剂浓度升高而增大。热灭活细胞仅2–3%振荡，证明信号依赖活细胞光合活性。
检测灵敏度
LOD: 0.7 mM（atrazine）、0.4 mM（propazine）；线性范围: 0.9–74 mM（atrazine）、0.6–120 mM（propazine）
效应效果
该传感器重现性较好，同体积微藻悬液信号标准偏差≤5%；滴加体积从10 μL增至150 μL时，信号由0.22 mA升至0.34 mA，标准偏差由5 μL时的30%降至30 μL的7%和150 μL的6%，20–150 μL绝对误差均为0.02 mA。热灭活细胞电流振荡仅为活细胞的2–3%，说明信号依赖活细胞光合活性；丙酮本身无抑制。磁性功能化后细胞活力至少保持1周，propazine处理后单细胞平均荧光强度由98±11 a.u.升至151±13 a.u.，证明MNP不影响除草剂识别。同一电极去除样品后可重复滴加MNP功能化微藻，至少10次连续测量电流与灵敏度无变化；未报道实际水样加标回收率。作者认为其设计简单、无需恒温或脱气，灵敏度接近更复杂器件，适合现场毒性筛查。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：丝网印刷电极（SPE），聚碳酸酯支撑，银（Ag）导电轨道，石墨工作电极/对电极，Ag/AgCl伪参比电极；用于电化学换能并记录铁氰化钾还原电流
- 磁性固定结构：四氟乙烯板内嵌NdFeB永磁体；在工作电极下方产生磁场，磁性保留MNP功能化微藻
- 纳米材料修饰层：聚丙胺盐酸盐（PAH）稳定磁性纳米粒子（MNPs，约15 nm，TEM显示约90 nm薄层）；赋予微藻磁性，实现快速沉积与可逆固定
- 识别元件：栅藻（Chlorella pyrenoidosa）全细胞；光合系统II（PSII）识别三嗪类除草剂并抑制光合电子传递
- 电子介体/信号转换物：铁氰化钾（K3Fe(CN)6）；参与光合电子传递链，在光照下被还原产生安培电流
- 电解质：硫酸钠（Na2SO4）；提供离子导电环境
- 被测物：莠去津（atrazine）、propazine（丙嗪）；结合PSII醌结合位点，引起电流振荡下降
中文摘要
本文报道了一种基于磁性纳米粒子（MNP）功能化活细胞在丝网印刷电极表面磁性保留的安培型全细胞除草剂生物传感器。作者证明，包被生物相容性MNP的栅藻（Chlorella pyrenoidosa）微藻细胞可通过永磁体保留在电极表面，并作为快速检测除草剂的传感元件。磁性功能化不影响微藻活力，也不影响其基于光合活性的三嗪类除草剂识别能力。在交替光照与黑暗条件下，记录铁氰化钾离子的安培电流；所制备传感器可用于检测莠去津（atrazine，0.9–74 mM）和propazine（0.6–120 mM），检出限分别为0.7 mM和0.4 mM。该方法可实现高效、可逆的细胞固定，且不干扰细胞代谢，有望广泛用于多种全细胞生物传感器的制备。
英文摘要
We report the fabrication of an amperometric whole-cell herbicide biosensor based on magnetic retention of living cells functionalised with magnetic nanoparticles (MNPs) on the surface of a screen-printed electrode. We demonstrate that Chlorella pyrenoidosa microalgae cells coated with biocompatible MNPs and retained on the electrode with a permanent magnet act as a sensing element for the fast detection of herbicides. The magnetic functionalisation does not affect the viability and photosynthesis activity-mediated triazine herbicide recognition in microalgae. The current of ferricyanide ion was recorded during alternating illumination periods and biosensor fabricated was used to detect atrazine (from 0.9 to 74 µM) and propazine (from 0.6 to 120 µM) (the limits of detection 0.7 and 0.4 µM, respectively). We believe that the methodology presented here can be widely used in fabrication of a number of whole cell biosensors since it allows for efficient and reversible cells immobilisation and does not affect the cellular metabolism.