组成图示
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传感器类型
光电化学生物传感器
检测对象
光合除草剂：莠去津（atrazine）、敌草隆（diuron）、异丙隆（isoproturon）；样品基质：液体样品/水样（表面水、地下水、土壤提取物等）
检测原理
传感器以固定化 PSII 复合物为识别元件。红色 LED 光脉冲激发 PSII，光驱动 PSII 产生电子，电子经 PSII 传递到人工电子受体杜罗醌（DQ），DQ 在铂工作电极上被还原，产生安培电流峰。光合除草剂（莠去津、敌草隆、异丙隆）结合 PSII 的 QB 位点，竞争性抑制质体醌结合，阻断 PSII 向 DQ 的电子传递，导致光照期间电流峰降低。除草剂浓度越高，电子传递受阻越强，峰高下降越明显。通过比较未知样品与阴性对照的峰高，并加入植物毒性参考标准 RSP（约 1×10^-7 M 敌草隆）校正，计算抑制指数和植物毒性指数 PI，实现快速定量/半定量检测。
检测灵敏度
LOD（PSII生物传感器）: 莠去津 1.6×10^-9 M（6.4×10^-10 M）、异丙隆 9.9×10^-9 M（5.5×10^-9 M）、敌草隆 1.0×10^-9 M（4.6×10^-10 M）；LOD（藻类生长抑制试验）: 莠去津 1.0×10^-7 M（8.7×10^-8 M）、异丙隆 4.0×10^-7 M（3.4×10^-7 M）、敌草隆 1.1×10^-7 M（9.4×10^-8 M）
效应效果
两种方法 EC50 值总体一致：异丙隆 7.2×10^-7 M（传感器）与 8.2×10^-7 M（生物试验），敌草隆 2.3×10^-7 M 与 2.0×10^-7 M；莠去津传感器 8.9×10^-7 M，生物试验 2.0×10^-7 M，同数量级。PSII 生物传感器 LOD 比标准藻类生长抑制试验低 1–2 个数量级，可检测浓度区间约宽两倍，响应即时，全流程约 1 h，而标准试验需 72 h。引入 RSP（约 1×10^-7 M 敌草隆）可验证传感器功能并校正未知样品抑制程度；PI>0.1（约 10% 抑制）可视为植物毒性，对应 10^-9–10^-8 M 除草剂浓度。作者认为该方法适合水样中光合除草剂的快速毒性筛查。
传感器的构成
- 基底/换能电极：丝网印刷 Pt:Ag 三电极传感器（AC1.W2.RS），中心铂工作电极用于安培电流检测。
- 微流控/光激发单元：微流控单元与红色 LED，提供 5 s 光脉冲和 1 mm 样品流道。
- 固定化基质：戊二醛–BSA–甘油（glutaraldehyde–BSA–glycerol）交联基质，将 PSII 固定于铂工作电极表面。
- 识别元件：从嗜热蓝细菌 Synechococcus elongatus f. thermalis（KOVROV 1972/8）分离的光系统 II（PSII）复合物，识别光合除草剂并介导电子传递。
- 电子受体/信号介质：杜罗醌（DQ，2×10^-4 M）作为人工电子受体，接受 PSII 电子并在电极上还原产生电流。
- 缓冲介质：MES/NaCl/MgCl2 缓冲液（由 150 mM MES、1 M NaCl、50 mM MgCl2 母液稀释）维持 PSII 活性与离子环境。
中文摘要
本研究比较新型光系统II（PSII）生物传感器检测法与标准藻类生长抑制试验检测液体样品中光合除草剂莠去津、敌草隆和异丙隆的便利性、灵敏度。PSII生物传感器采用固定化PSII复合物的电化学生物传感器毒性分析仪，通过光/暗循环监测人工电子受体杜罗醌还原产生的安培电流。结果表明，PSII生物传感器对三种除草剂的检出限约为10^-8–10^-9 mol/L，高于标准藻类生长抑制试验约10^-7 mol/L；两种方法EC50值具有良好相关性，PSII生物传感器可检测浓度区间约为标准试验的两倍。所提测量方案引入植物毒性参考标准（RSP，约1×10^-7 mol/L敌草隆）用于校正和验证传感器活性。PSII生物传感器约1 h完成检测，比需72 h的标准藻类生长抑制试验灵敏1–2个数量级，适用于水样中光合除草剂的快速毒性筛查。
英文摘要
We compared a novel PSII-biosensor assay with a standard algal growth inhibition test for detection of photosynthetic herbicides--diuron, atrazine and isoproturon in liquid samples. To evaluate the convenience and sensitivity, values of the parameters EC50 and LOD and the duration of assays were compared. The biosensor assay was made with an electrochemical biosensor toxicity analyser with immobilised Photosystem II (PSII) complex. Using the PSII-biosensor assay, higher sensitivity (LOD) to herbicides (10(-8)-10(-9)M) was achieved as compared to standard algal growth inhibition tests (about 10(-7)M). The results of both assays showed a good correlation as concerns their EC50 values while the interval of detectable concentrations is about twice wider for PSII-biosensor. A proposed measurement protocol includes the reference standard of phytotoxicity (RSP). The main advantage of the PSII-biosensor assay is that it can be completed in about 1h and is by 1-2 orders more sensitive than standard algal growth inhibition test, which takes 72 h.