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
甲胺磷（monocrotophos，有机磷农药）；样品基质：水溶液、大蒜样品（garlic samples）
检测原理
传感器以 AChE 为识别元件，以 GCE 为换能器。在 pH 9.0 PBS 中，AChE 催化底物 ATCl 水解生成硫代胆碱，后者在电极表面氧化产生安培电流，电流大小与酶活性成正比。甲胺磷等有机磷农药与 AChE 活性位点发生不可逆抑制，使酶活性下降，ATCl 水解减少，氧化电流降低；抑制率随农药浓度升高而增大。MSF 的大比表面积和硅羟基可通过物理吸附/氢键吸附农药，实现固相萃取预富集，提高酶周围农药局部浓度，从而增强抑制信号并降低检出限。同时 MSF 介孔限制 AChE 构象，在碱性条件下维持酶活性，提高催化效率。最终通过 DPV 或恒电位安培法读取电流变化定量农药。
检测灵敏度
LOD: 0.05 ppb (0.2 nM)；线性范围: 0.05–10 ppb；LOD: 0.05 ng/mL
效应效果
传感器在 5 ng/mL 甲胺磷条件下 5 个电极间 RSD 为 6.2%，重现性可接受；4°C 干燥保存 7 天内响应无明显下降，30 天后保留 92% 初始电流。经 5.0 mM 氯解磷定（PAM-Cl）处理 10 min 可完全再生，重复使用 6 个循环。大蒜样品加标回收率为 90.8%–110%，表明准确、精确、可重复。与表 1 中其他 AChE 生物传感器相比，检出限相当或更低，作者认为 MSF 兼具酶固定化、活性维持和 SPE 功能，适合超痕量有机磷农药残留现场检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE），作为工作电极与电子转导基底。
- 纳米材料修饰层：介孔硅泡沫（MSF），提供介孔/窗孔结构，固定酶并吸附富集农药。
- 识别元件：乙酰胆碱酯酶（AChE），包埋于 MSF 中，催化 ATCl 水解并受农药抑制。
- 成膜固定剂：聚乙烯醇（PVA），与 AChE-MSF 共涂覆，固定 MSF 于 GCE 表面。
- 底物/信号前体：硫代乙酰胆碱氯化物（ATCl），酶催化水解生成可氧化硫代胆碱。
- 信号输出物：硫代胆碱（thiocholine），在电极表面氧化产生安培电流。
中文摘要
报道了一种基于介孔硅泡沫（MSF）的高灵敏安培乙酰胆碱酯酶（AChE）生物传感器，用于有机磷农药检测。MSF 同时作为酶固定化基质和固相萃取材料，用于目标分子预富集。其亲水界面、良好机械/化学稳定性和合适孔径为包埋 AChE 提供良好环境，在碱性条件下保持生物活性。MSF 中固定的 AChE 对硫代乙酰胆碱水解催化能力增强，表现为硫代胆碱氧化电流增加。此外，大比表面积 MSF 通过氢键或物理吸附对模型有机磷农药甲胺磷具有适度吸附能力。SPE 与良好酶固定化能力结合显著提高灵敏度，检出限降至 0.05 ng/mL。传感器用于大蒜样品分析时表现出准确性、良好重现性和可接受稳定性。该策略可为超痕量有机磷农药现场检测提供新方法。
英文摘要
A sensitive amperometric acetylcholinesterase (AChE) biosensor was fabricated based on mesocellular silica foam (MSF), which functioned as both an enzyme immobilization matrix and a solid phase extraction (SPE) material for the preconcentration of target molecules. The hydrophilic interface, the good mechanical/chemical stability, and the suitable pore dimension of MSF provided the entrapped AChE a good environment to well maintain its bioactivity at basic condition. The AChE immobilized in MSF showed improved catalytic ability for the hydrolysis of acetylthiocholine, as evidenced by the increasing of the oxidation current of thiocholine, the enzymatic catalytic hydrolysis production of acetylthiocholine. In addition, the MSF with large surface area showed a modest adsorption capacity for monocrotophos, a model organophosphate used in this study, via the hydrogen bond or physical adsorption interaction. The combination of the SPE and the good enzyme immobilization ability in MSF significantly promoted the sensitivity of the biosensor, and the limit of detection has lowered to 0.05 ng/mL. The biosensor exhibited accuracy, good reproducibility, and acceptable stability when used for garlic samples analysis. The strategy may provide a new method to fabricate highly sensitive biosensors for the detection of ultra-trace organophosphorous pesticide infield.