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）、马拉氧磷（malaoxon）；样品基质：PBS标准溶液、加标自来水（tap water）和气泡水（sparkling water）
检测原理
乙酰胆碱酯酶（AChE）催化乙酰硫胆碱（ATCh）水解，生成硫胆碱（ThCh）和乙酸；ThCh在单壁碳纳米管（SWCNTs）—钴酞菁（CoPc）修饰电极上发生电化学氧化，产生安培电流。CoPc作为介导剂将ThCh氧化电位降至+50 mV，SWCNTs提供导电网络并通过末端羧基共价固定AChE，减少空间位阻。有机磷农药与AChE活性位点丝氨酸羟基共价结合，不可逆抑制酶活性；孵育后加入固定浓度ATCh，酶活性下降使ThCh生成减少，氧化电流降低。以抑制前电流I0和抑制后电流I计算抑制率I%=(I0-I)/I0×100%，I%随农药浓度增加而增大。无HCR/RCA等核酸放大，信号增强主要来自CoPc介导催化与SWCNTs导电网络。
检测灵敏度
底物（乙酰硫胆碱）: 线性范围 0.02–1.0 mM；LOD 5 μM。抑制剂（15 min孵育）: 对氧磷 LOD 3 ppb（摘要/正文；表1为2.0 ppb），线性范围 5–50 ppb，斜率 1.05 ± 0.05 %/ppb，R 0.9898；马拉氧磷 LOD 2 ppb（摘要/正文；表1为0.2 ppb），线性范围 2–50 ppb，斜率 2.85 ± 0.20 %/ppb，R 0.9685。
效应效果
传感器响应快（5–7 s），对1.0 mM乙酰硫胆碱平均电流2.20±0.02 μA（n=9），30 min背景漂移<0.5%；批内重现性8.6%。底物与抑制剂测量RSD分别约1%和2.5%；10 ppb马拉氧磷/对氧磷抑制重现性为2.5%和2.1%。加标自来水/气泡水回收率：马拉氧磷5 ppb加标得6.2±0.2 ppb（123±4%），对氧磷30 ppb加标得35±2 ppb（117±6%）和34.3±0.3 ppb（114±1%），空白抑制约3–4%。2-PAM可再生，连续5次测量信号下降2–5%。LOD与文献相当，工作电位较低，适合有机磷农药筛查。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：丝网印刷碳电极（SPE），石墨工作电极、Ag/AgCl参比电极与碳对电极，聚碳酸酯支撑，提供电化学换能
- 纳米材料修饰层：羧基化单壁碳纳米管（SWCNTs）与钴酞菁（CoPc）混合分散液一步干燥，形成导电/介导层，降低硫胆碱氧化电位并增强电流
- 识别元件：乙酰胆碱酯酶（AChE，电鳗来源），经EDC/NHS共价偶联到SWCNTs末端羧基，催化乙酰硫胆碱水解
- 信号底物：乙酰硫胆碱（ATCh），酶解生成硫胆碱（ThCh），作为电化学信号前体
- 介导/信号放大元件：CoPc，介导ThCh氧化电子转移，与SWCNTs协同降低工作电位
- 封闭/洗涤层：PBS含乙醇胺（ethanolamine），饱和未结合羧基并清洗电极
- 再生剂：2-吡啶醛肟（2-PAM），用于抑制后AChE再生
中文摘要
本文报道了一种基于丝网印刷碳电极的安培式乙酰胆碱酯酶（AChE）生物传感器的构建方法，用于有机磷农药的抑制法检测。作者首次提出将单壁碳纳米管（SWCNTs）与钴酞菁（CoPc）进行一步混合修饰，以降低硫胆碱（ThCh）电化学氧化工作电位并提高氧化电流信号。该修饰层兼具导电网络与介导催化功能，使酶促水解产物硫胆碱可在较低电位下被有效检测。在15 min孵育条件下，传感器对对氧磷（paraoxon）的检测范围为5–50 ppb，检出限为3 ppb；对马拉氧磷（malaoxon）的检测范围为2–50 ppb，检出限为2 ppb。底物响应和抑制剂抑制测量的重现性良好，相对标准偏差分别约为1%和2.5%。作者进一步对加标气泡水和自来水样品进行测定，验证了该抑制法检测的可靠性，表明该传感器可用作有机磷农药残留的现场筛查工具。
英文摘要
A simple and reliable technique has been developed for the construction of an amperometric acetylcholinesterase biosensor based on screen-printed carbon electrodes. For the first time, one-step modification using single-walled carbon nanotubes and Co phtalocyanine has been proposed to decrease the working potential and to increase the signal of thiocholine oxidation. The biosensor developed made it possible to detect 5-50 ppb of paraoxon and 2-50 ppb of malaoxon with detection limits of 3 and 2 ppb, respectively (incubation 15 min). The biosensor showed high reproducibility when measurements of the substrate and inhibitor were performed (R.S.D. about 1% and 2.5%, respectively). The reliability of the inhibition measurements was confirmed by testing spiked samples of sparkling and tape waters.