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
甲基对硫磷（methyl parathion）；样品基质：磷酸盐缓冲液（pH 8.0）标准溶液/缓冲液样品
检测原理
重组大肠杆菌全细胞固定于SPCE表面，其周质区表达的有机磷水解酶（OPH）与样品中的甲基对硫磷接触并发生酶促水解，生成对硝基酚（PNP）和二甲硫磷酸。PNP扩散至碳工作电极表面，在+0.1 V电位发生氧化，产生氧化电流。循环伏安记录水解前后的伏安曲线，以+0.1 V处电流变化作为响应信号。由于PNP生成量随甲基对硫磷浓度增加而增加，氧化电流随之增大，形成线性响应。反应孵育5 min使产物积累，提高信号强度；无额外化学放大，主要依靠酶催化产物积累和电化学氧化换能。
检测灵敏度
LOD: 0.5 μM（S/N=3）；线性范围: 2–80 μM；灵敏度斜率: 0.1055 μA/μM（y = 1.0378 + 0.1055x）；R^2 = 0.99784
效应效果
抗干扰性较好：5 mM葡萄糖、5 mM蔗糖、0.01 mM硫丹无干扰；0.005 mM苯酚干扰2.1%，1 mM对氨基苯基磷酸干扰1.9%，可扣除空白SPCE响应；除氧无影响。80 μM甲基对硫磷响应RSD为0.156（n=6，均值8.48 μA）。单电极重复使用32次保留80%酶活，4 °C保存22天保留80%活性。仅需20 μL样品，检测范围与OPH安培（1–5 μM）、电位（2 μM）、光学（2–8 μM）传感器相当，适合低成本、便携现场分析。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：丝网印刷碳电极（SPCE），碳工作电极（直径3 mm，面积0.071 cm²），集成Ag/AgCl伪参比电极和铂辅助电极，用于电化学换能
- 固定化/交联层：2%戊二醛（glutaraldehyde），交联固定全细胞并减少细胞渗漏
- 识别元件：重组大肠杆菌全细胞（recombinant E. coli whole cells），携带opd基因，作为生物识别与催化载体
- 催化元件：有机磷水解酶（OPH），周质区高表达，水解甲基对硫磷
- 信号产物：对硝基酚（p-nitrophenol, PNP），在+0.1 V发生氧化并产生电流信号
- 缓冲介质：磷酸盐缓冲液（phosphate buffer, pH 8.0, 50 mM），维持酶反应环境
中文摘要
本研究将重组大肠杆菌全细胞通过戊二醛交联固定在丝网印刷碳电极（SPCE）上，构建用于检测甲基对硫磷的微生物生物传感器。重组大肠杆菌在周质区高表达有机磷水解酶（OPH），可将甲基对硫磷水解为对硝基酚（PNP）和二甲硫磷酸。扫描电镜（SEM）证实细胞成功固定于电极表面。将固定化SPCE与循环伏安（CV）联用，记录甲基对硫磷水解前后的伏安曲线。由于PNP具有氧化还原行为，检测以+0.1 V电位处电流变化进行校准；随甲基对硫磷浓度升高，氧化电流增大。分析仅需20 μL样品，校准线性范围为2–80 μM。单个固定化SPCE可重复使用32次，并保留80%的初始酶活性。
英文摘要
Whole cells of recombinant Escherichia coli were immobilized on the screen printed carbon electrode (SPCE) using glutaraldehyde. Recombinant E. coli was having high periplasmic expression of organophosphorus hydrolase enzyme, which hydrolyzes the methyl parathion into two products, p-nitrophenol and dimethyl thiophosphoric acid. Cells immobilized SPCE was studied under SEM. Cells immobilized SPCE was associated with cyclic voltammetry and cyclic voltammograms were recorded before and after hydrolysis of methyl parathion. Detection was calibrated based on the relationship between the changes in the current observed at +0.1 V potential, because of redox behavior of the hydrolyzed product p-nitrophenol. As concentration of methyl parathion was increased the oxidation current also increased. Only 20 μl volume of the sample was required for analysis. Detection range of biosensor was calibrated between 2 and 80 μM of methyl parathion from the linear range of calibration plot. A single immobilized SPCE was reused for 32 reactions with retention of 80% of its initial enzyme activity.