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
对氧磷（Paraoxon）、敌敌畏（Dichlorvos）；样品基质：水溶液、河水（Agri River 河水加标样品）
检测原理
该传感器基于乙酰胆碱酯酶（AChE）对有机磷农药的抑制作用。AChE 被物理包埋于碳糊工作电极外层，在 0.1 M 磷酸盐缓冲液（pH 7.5，含 0.1 M KCl）中催化乙酰硫代胆碱氯化物（ATCl）水解，生成硫代胆碱（TC）和乙酸。TC 在 +410 mV（vs Ag/AgCl）下发生电化学氧化，产生与酶活性成正比的安培电流。样品中的对氧磷或敌敌畏与 AChE 活性位点发生不可逆磷酸化结合后，酶催化速率下降，TC 生成减少，氧化电流降低。样品孵育30 min并洗涤后测量残余酶活，在固定 ATCl 浓度下，电流降低百分比与农药浓度在一定范围内呈线性关系，从而定量农药。该法无额外信号放大，依靠酶抑制与安培检测实现低浓度测定。
检测灵敏度
LOD: 0.86 ppb (Paraoxon)、4.2 ppb (Dichlorvos)；线性范围: 0.86–22.93 ppb (Paraoxon)、4.2–33.16 ppb (Dichlorvos)；灵敏度斜率: S = 2575 ± 47 ppm^-1 (Paraoxon)、S = 884 ± 9 ppm^-1 (Dichlorvos)；R^2 = 0.90 (Paraoxon)、R^2 = 0.96 (Dichlorvos)
效应效果
传感器重现性与稳定性良好：电极内误差≤3%，电极间重现性约7%，操作稳定性约40天；连续三次测量RSD约5%。河水样品未观察到抑制，加标回收率：对氧磷87%–140%，敌敌畏83%–120%，基质效应低。孵育后洗涤并在新鲜缓冲液测残余酶活，可避免电化学与可逆酶抑制干扰。与文献类似AChE传感器相比，LOD和线性范围具竞争力；作者认为可简化前处理，替代色谱等复杂方法。TMB-4再激活效率高于2-PAM（3.5 mM、28.6 ppb对氧磷时，2-PAM约76%，TMB-4>95%）。该传感器经济、易用，适合低成本农药筛查。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：聚四氟乙烯管（Teflon tube）内装碳糊，铜线（Cu wire）提供电接触，构成工作电极载体
- 导电碳糊内层：石墨粉（graphite powder）与矿物油（mineral oil）按60:40混合，提供导电通路并支撑外层
- 酶固定碳糊外层：石墨粉、矿物油与乙酰胆碱酯酶（AChE）按50:40:10混合，将AChE物理包埋于电极表面
- 识别元件：乙酰胆碱酯酶（AChE，EC 3.1.1.7，Type VI-S），催化底物水解并受有机磷农药抑制
- 底物/信号前体：乙酰硫代胆碱氯化物（ATCl），被AChE水解生成硫代胆碱（TC）
- 电化学信号产物：硫代胆碱（TC），在+410 mV下氧化产生安培电流
- 电化学池：0.1 M PBS（pH 7.5，含0.1 M KCl）中三电极体系，Ag/AgCl参比电极与铂丝（Pt wire）辅助电极
中文摘要
本文报道了一种经济、易用的碳糊乙酰胆碱酯酶（AChE）生物传感器，用于测定农药对氧磷（Paraoxon）和敌敌畏（Dichlorvos）的浓度。AChE 可催化乙酰硫代胆碱（ATCh）水解为硫代胆碱（TC）和乙酸（AA）。将 AChE 固定于碳糊工作电极中，并在相对于 Ag/AgCl 电极 +410 mV 电位下，以乙酰硫代胆碱氯化物（ATCl）为底物，通过监测电流强度反映酶反应速率。由于对氧磷和敌敌畏可抑制 AChE 活性，在固定 ATCl 浓度下，电流强度的降低可作为二者浓度的度量。研究获得了对氧磷和敌敌畏的线性校准曲线，检出限分别为 0.86 ppb 和 4.2 ppb，线性范围分别可达 23 ppb 和 33 ppb。由于被抑制的酶在立即用肟处理时可被再激活，作者研究了 1,10-三亚甲基双-4-甲酰吡啶溴双肟（TMB-4）和 2-吡啶醛肟甲基碘化物（2-PAM）对生物传感器的再激活效果，结果表明 TMB-4 更有效。论文还比较了该传感器与类似 AChE 生物传感器的性能。
英文摘要
The characterization of an economic and ease-to-use carbon paste acetylcholinesterase (AChE) based biosensor to determine the concentration of pesticides Paraoxon and Dichlorvos is discussed. AChE hydrolyses acetylthiocholine (ATCh) in thiocoline (TC) and acetic acid (AA). When AChE is immobilized into a paste carbon working electrode kept at +410 mV vs. Ag/AgCl electrode, the enzyme reaction rate using acetylthiocholine chloride (ATCl) as substrate is monitored as a current intensity. Because Paraoxon and Dichlorvos inhibit the AChE reaction, the decrease of the current intensity, at fixed ATCl concentration, is a measure of their concentration. Linear calibration curves for Paraoxon and Dichlorvos determination have been obtained. The detection limits resulted to be 0.86 ppb and 4.2 ppb for Paraoxon and Dichlorvos, respectively, while the extension of the linear range was up 23 ppb for the former pesticide and up to 33 ppb for the latter. Because the inhibited enzyme can be reactivated when immediately treated with an oxime, the biosensor reactivation has been studied when 1,1'-trimethylene bis 4-formylpyridinium bromide dioxime (TMB-4) and pyridine 2-aldoxime methiodide (2-PAM) were used. TMB-4 resulted more effective. The comparison with the behavior of similar AChE based biosensors is also presented.