组成图示
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传感器类型
量子点生物传感器
检测对象
有机磷农药（OPs，包括对氧磷 paraoxon、对硫磷 parathion、敌敌畏 dichlorvos、灭多威 omethoate）；样品基质：蔬菜/水果PBS提取液、自来水/水样
检测原理
传感器以AChE为识别/催化元件，以CdTe QDs为光学换能器。检测时，OPs先与AChE活性中心结合并抑制酶活性；随后加入ATCh，未被抑制的AChE催化ATCh水解生成thiocholine。thiocholine作为空穴供体猝灭CdTe QDs的光致发光，使592 nm荧光强度随时间下降。取前10 min绝对猝灭速率K10=(F0−F10)/10作为信号，OP浓度越高，酶抑制越强，thiocholine生成越少，K10越低。通过计算抑制率I%=(K10 without−K10 with OP)/K10 without×100，可定量OPs。LbL纳米多层稳定酶并限制大分子干扰。
检测灵敏度
LOD: 1.05 × 10−11 M（2.89 × 10−3 μg/L），对氧磷；线性范围: 10−12–10−6 M；I(%) = 180.88 + 15.55 log[paraoxon]（R2 = 0.99, n = 6）；LOD: 4.47 × 10−12 M（1.30 × 10−3 μg/L），对硫磷；I(%) = 140.38 + 11.49 log[parathion]（R2 = 0.99, n = 6）；LOD: 1.10 × 10−9 M（0.243 μg/L），敌敌畏；I(%) = 165.03 + 17.30 log[dichlorvos]（R2 = 0.99, n = 6）；LOD: 5.89 × 10−11 M（1.26 × 10−2 μg/L），灭多威；I(%) = 69.25 + 5.79 log[omethoate]（R2 = 0.96, n = 6）
效应效果
该传感器对四种有机磷农药均有响应，10−7 M时抑制率分别为对氧磷73±10%、对硫磷56±9%、敌敌畏31±4%、灭多威27±8%，选择性可通过膜结构调节。6个传感器RSD<15%，表1中6个传感器标准差<12%，苹果加标对氧磷回收率104.6%–115%。-20 ℃保存35 d酶活性基本保持。LOD比GC/MS低约10^3倍，比光纤AChE抑制传感器低3个数量级，比无试剂纸基传感器低2个数量级，比安培传感器低400倍。可快速检测真实蔬果PBS提取液，但为一次性使用，混合农药可能不准。
传感器的构成
- 基底：石英或玻璃（quartz/glass），经Piranha溶液清洗，作为支撑基底。
- 信号换能层：PAH/CdTe量子点多层（(PAH/CdTe)8），CdTe QDs（PL峰585/592 nm）提供光致发光信号，PAH（poly(allylamine hydrochloride)）通过静电作用组装QDs。
- 选择性通道层：PAH/PSS三层双分子层（(PAH/PSS)3），PSS（sodium polystyrenesulfonate）与PAH形成选择性通道，阻止大分子酶进入下层QD膜。
- 识别元件层：PAH/AChE封顶多层（(PAH/AChE)3），AChE（acetylcholinesterase，E. electricus）催化底物水解并被OPs抑制，PAH提供生物相容纳米环境。
- 酶底物/信号标记物：乙酰硫代胆碱（acetylthiocholine, ATCh，4 mM），AChE催化其水解产生硫代胆碱。
- 电子供体/猝灭剂：硫代胆碱（thiocholine），作为CdTe QD价带空穴供体猝灭荧光。
- 检测介质与读出：PBS（20 mM，pH 8.0，2 mM Mg2+）中用荧光光谱仪（Cary Eclipse）在380 nm激发、592 nm发射监测PL猝灭速率K10。
中文摘要
本文报道了一种基于CdTe半导体量子点（QDs）光学换能器与乙酰胆碱酯酶（AChE）通过层层自组装（LbL）技术集成的高灵敏生物传感器，用于依据酶抑制机制检测蔬菜和水果中的有机磷农药（OPs）。该传感器可快速测定真实蔬果样品中低浓度OPs，具有令人满意的重现性和准确性。对氧磷的检出限低至1.05×10−11 M，对硫磷为4.47×10−12 M，显著优于传统GC/MS方法或安培生物传感器（0.5 nM）。由于LbL纳米结构为酶提供了稳定环境，传感器储存稳定性良好。此外，荧光变化可肉眼识别，且可低成本批量生产，有利于未来快速高通量筛查OPs。
英文摘要
The optical transducer of CdTe semiconductor quantum dots (QDs) has been integrated with acetylcholinesterase enzyme (AChE) by the layer-by-layer (LbL) assembly technique, resulting in a highly sensitive biosensor for detection of organophosphorus pesticides (OPs) in vegetables and fruits based on enzyme inhibition mechanism. The detection limits of the proposed biosensors are as low as 1.05 × 10(-11) M for paraoxon and 4.47 × 10(-12) M for parathion, which are significantly better than those of the conventional GC/MS methods or amperometric biosensors (0.5 nM). These biosensors are used for quick determination of low concentrations of OPs in real vegetable and fruit samples and exhibit satisfactory reproducibility and accuracy. Moreover, the stock stability of the biosensors are very good due to the stabilizing environment for the enzyme in the nanostructures made by LbL technique. Many advantages provided by these biosensors, like fluorescent change recognized by naked eyes and mass production with low cost, will facilitate future development of rapid and high-throughput screening of OPs.