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
有机磷农药（organophosphates, OPs；模型化合物马拉硫磷 malathion），样品基质为 PBS 标准溶液（未报告实际食品/环境样品）
检测原理
该传感器以 AChE 为识别元件，以 OPs 对酶活性的抑制为识别事件。AChE 催化底物 ATCl 水解生成硫胆碱，硫胆碱在电极表面发生电氧化并产生电流。MWCNTs 提供快速电子转移通道并催化硫胆碱氧化，PAn-PPy 共聚物网络增大界面面积并稳定酶活性，从而提高电流响应。当样品中存在马拉硫磷等 OPs 时，酶活性位点被抑制，ATCl 水解减少，硫胆碱氧化峰电流下降；抑制率 I% 随 OPs 浓度升高而增大，在 0.01–0.5 μg/mL 和 1–25 μg/mL 范围内与浓度呈线性关系。信号通过循环伏安/安培法读出，实现 OPs 的定量检测。
检测灵敏度
LOD: 1.0 ng/mL；线性范围: 0.01–0.5 μg/mL 和 1–25 μg/mL；斜率: 27.65 和 1.28；R^2 = 0.9927 和 0.9994
效应效果
传感器对马拉硫磷的抑制响应良好，检出限为 1.0 ng/mL。批间和批内相对标准偏差分别为 2.3% 和 7.8%，重现性可接受。4 ℃干燥保存 2 周无明显响应下降，保存 30 天后仍保留 85% 初始电流响应。被 OPs 抑制后，用 4.0 mM 碘解磷定处理 8 min 可恢复超过 90% 的原始酶活性，支持重复使用。论文未报告实际样品加标回收率，也未与 ELISA、HPLC 或 qPCR 进行直接方法学对比；作者认为该方法成本低、制备绿色、不使用细胞毒性试剂，适合酶抑制剂和农药暴露筛查。
传感器的构成
- 基底电极：玻璃碳电极（GCE），经电化学活化形成含氧官能团，提高亲水性并增强修饰层附着
- 纳米材料修饰层：多壁碳纳米管（MWCNTs），经 HNO3 功能化并用 SDS 分散，提供导电通道、催化硫胆碱电氧化并增大比表面积
- 导电聚合物共混层：聚吡咯（PPy）与聚苯胺（PAn）依次电聚合形成 PAn-PPy-MWCNTs 多孔均一复合膜，作为酶固定化微环境和电子介导层
- 识别元件：乙酰胆碱酯酶（AChE），包埋/吸附于共聚物网络中，催化底物水解并受有机磷抑制
- 底物/信号物：乙酰硫代胆碱氯化物（ATCl），被 AChE 水解生成硫胆碱（thiocholine），后者电氧化产生电流信号
- 检测缓冲液：pH 7.0 磷酸盐缓冲液（PBS），维持酶活性与电化学检测环境
中文摘要
本文提出一种将乙酰胆碱酯酶（AChE）固定于多壁碳纳米管（MWCNTs）掺杂的聚吡咯（PPy）/聚苯胺（PAn）共聚物上的简便方法。所制备的 PAn-PPy-MWCNTs 共聚物具有多孔且均一的形貌，可为酶分子提供适宜的包埋空间；共聚物网络形成的生物相容微环境有利于 AChE 的固定，从而获得用于有机磷（OPs）暴露筛查的稳定 AChE 生物传感器。MWCNTs 可在较低电位促进电子转移反应，并催化硫胆碱的电氧化，从而提高检测灵敏度。基于 OPs 对 AChE 活性的抑制作用，以马拉硫磷为模型化合物，其抑制率与浓度在 0.01–0.5 μg/mL 和 1–25 μg/mL 范围内呈线性关系，检出限为 1.0 ng/mL。该传感器重现性良好、稳定性可接受，为酶抑制剂分析提供了新的有前景工具。
英文摘要
A simple method to immobilize acetylcholinesterase (AChE) on polypyrrole (PPy) and polyaniline (PANI) copolymer doped with multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) was proposed. The synthesized PAn-PPy-MWCNTs copolymer presented a porous and homogeneous morphology which provided an ideal size to entrap enzyme molecules. Due to the biocompatible microenvironment provided by the copolymer network, the obtained composite was devised for AChE attachment, resulting in a stable AChE biosensor for screening of organophosphates (OPs) exposure. MWCNTs promoted electron-transfer reactions at a lower potential and catalyzed the electro-oxidation of thiocholine, thus increasing detection sensitivity. Based on the inhibition of OPs on the AChE activity, using malathion as a model compound, the inhibition of malathion was proportional to its concentration ranging from 0.01 to 0.5 microg/mL and from 1 to 25 microg/mL, with a detection limit of 1.0 ng/mL. The developed biosensor exhibited good reproducibility and acceptable stability, thus providing a new promising tool for analysis of enzyme inhibitors.