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
西维因（carbaryl）；样品基质：河水/水样（river water/water samples）
检测原理
该传感器以 AchE 为识别/催化元件。在 0.1 M PBS（pH 7.4）和 4 mM ATCh 中，AchE 催化 ATCh 水解生成 TCh；TCh 在 400 mV 工作电位下于电极表面发生氧化，产生安培电流。SWCNTs 具有类边缘位点和高导电性，可电催化 TCh 氧化，降低过电位并提高电流。当水样中存在 carbaryl 时，其作为氨基甲酸酯类农药与 AchE 活性位点结合，抑制酶活性，使 TCh 生成量减少，电流下降。以无农药电流 I0 和有农药电流 I1 计算抑制率 %Inhibition=(I0-I1)/I0×100，抑制率随 carbaryl 浓度升高而增大，并与 -log[carbaryl] 呈线性。LbL 多层膜增加酶负载，SWCNTs 增大有效面积，共同提高灵敏度。
检测灵敏度
LOD: 10−12 g L−1；线性范围: 10−6–10−11 g L−1
效应效果
该传感器对水中西维因表现出良好灵敏度、稳定性和特异性。在 10−10 g L−1 水平加标水样中，7 次检测平均回收率为 99.8 ± 2.7%，表明重复性和实际样品检测能力较好。每次测量后用水冲洗 5 min 可去除结合农药，支持连续使用。作者指出修饰电极具有宽线性范围、良好精密度和操作稳定性，SWCNTs 的电催化作用使 TCh 氧化过电位降低约一半，有利于减少干扰。该方法无需复杂前处理，可直接检测河水加标样品，具有用于河流水中农药自动监测的应用前景，也可推广至其他酶基传感器构建。
传感器的构成
- 基底电极：玻璃碳电极（GCE，3 mm），工作电极，提供电子转导与安培检测界面
- 纳米修饰层：PDDA–SWCNTs 复合层，PDDA 阳离子聚电解质非共价分散 SWCNTs，提高导电性、比表面积和酶负载
- 识别/催化元件：乙酰胆碱酯酶（AchE），催化 ATCh 水解，被 carbaryl 抑制
- 多层膜：[(PDDA–SWCNTs)/AchE]5，LbL 静电自组装 5 个双分子层，增强酶固定量与响应
- 底物/电子供体：乙酰硫代胆碱氯化物（ATCh，4 mM），酶催化生成 TCh，作为电化学活性电子供体
- 电化学活性产物：硫代胆碱（TCh），在 400 mV 氧化产生安培电流
- 酶活验证试剂：DTNB（Ellman 试剂），与 TCh 生成 TNB 用于 UV-vis 酶活验证
- 三电极体系：铂丝对电极（Pt）与饱和甘汞电极（SCE），完成电化学回路
中文摘要
本文报道了一种基于单壁碳纳米管（SWCNTs）和乙酰胆碱酯酶（AchE）的安培型生物传感器，用于检测水体中的西维因（carbaryl）农药。首先利用带正电的聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）通过弱超分子相互作用分散 SWCNTs，随后在 pH 7.4 条件下借助静电作用与带负电的 AchE 进行层层自组装（LbL），在玻璃碳电极表面构建 [(PDDA–SWCNTs)/AchE] 多层膜。紫外–可见光谱强度随层数增加而增强，表明多层膜成功沉积。直径 3 mm 修饰电极上固定化 AchE 的酶活约为 0.2 U。该传感器对水中西维因具有良好的灵敏度和稳定性，检出限为 10−12 g L−1，在 10−10 g L−1 水平加标回收率为 99.8 ± 2.7%。该固定化策略还可用于其他酶基生物传感器的构建。
英文摘要
Amperometric biosensor is fabricated for the detection of carbaryl based on single walled carbon nanotubes (SWCNTs) and acetylcholine esterase (AchE). The dispersion of SWCNTs in positively charged polyelectrolyte, poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDDA), possibly takes place due to weak supramolecular interaction between them, which then binds electrostatically to the negatively charged AchE at pH 7.4 using layer-by-layer (LbL) self-assembly technique. The optical intensity of UV/vis spectra increased with the number of layers, indicating the build up of a multilayer coating on the electrode. The activity of acetylcholine esterase on modified electrode of 3mm in diameter was found to be 0.2U. The biosensor showed good sensitivity and stability towards the monitoring of carbaryl pesticides in water with the detection limit of 10(-12)gL(-1) and recovery of 99.8 ± 2.7% to 10(-10)gL(-1). This protocol can be used for the immobilization of other enzymes to fabricate a range of biosensors.