组成图示
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传感器类型
比色生物传感器
检测对象
特丁津（terbutryn，三嗪类除草剂）；样品基质为水溶液（面向环境水样/饮用水监测）
检测原理
该传感器基于光合膜对三嗪类除草剂的生物抑制响应。菠菜来源的富集光系统II类囊体膜（BBY）经LbL固定在石英片上，保留PSII电子传递功能。检测时，在MNCB缓冲液中加入DCIP作为人工电子受体，并以水为电子供体，在白光照射下发生Hill反应：PSII光催化水氧化，电子沿类囊体膜传递并还原DCIP，使600 nm处吸光度下降。特丁津进入膜后结合PSII的QB位点，替代质体醌QB，阻断电子传递，导致DCIP还原速率降低，600 nm吸光度下降幅度减小。因此，残留电子传递效率随特丁津浓度升高而降低，通过UV-vis监测600 nm吸光度变化即可实现比色检测。
检测灵敏度
LOD: 1.58 × 10^-7 M；线性回归拟合浓度: 10^-8、10^-7、10^-6、10^-5 M；抑制观察: >10^-7 M
效应效果
该生物芯片固定后保留85%–90%的原始电子传递活性，4℃保存10周后仍保留约65%活性，作者认为其稳定性高于其他光合材料固定方法。AFM显示BBY在石英表面呈致密斑块状分布，高度约20、40甚至80 nm；UV-vis表明6–7层为最优层数。对特丁津的抑制实验中，10^-4 M下孵育30 min即可完全抑制电子传递，10 min无明显抑制；检测限为1.58×10^-7 M。作者指出该LOD高于传统色谱/质谱及工程化光合蛋白方法，但与基于天然光合材料的其他非传统传感器相当，适合具备分光光度计的实验室进行快速比色/光学环境检测。文中未报告实际水样回收率、RSD及抗干扰数据。
传感器的构成
- 基底：石英（Qz，fused silica）玻璃片，提供光学透明支撑与固定平台。
- 表面预处理层：piranha溶液（H2SO4/30% H2O2，3:1）处理使石英表面负电荷化，便于后续静电吸附。
- 聚电解质修饰层：聚乙烯亚胺（PEI，MW~750000 Da）正电荷层，通过静电作用交替固定BBY。
- 识别/生物响应层：菠菜来源富集光系统II的类囊体膜（BBY）负电荷层，含PSII、叶绿素a和类胡萝卜素，响应三嗪类除草剂。
- 电子受体/信号指示物：2,6-二氯酚吲哚酚（DCIP），在Hill反应中接受电子并被光还原，引起600 nm吸光度下降。
- 电子供体：水（H2O），在BBY光合电子传递链中提供电子。
- 反应介质：MNCB缓冲液（MES 25 mM、NaCl 10 mM、CaCl2 5 mM、NaHCO3 10 mM，pH 6.5），维持膜活性与离子环境。
- 信号读出：紫外-可见分光光度计（UV-vis）在600 nm监测DCIP还原吸光度变化。
中文摘要
本研究制备了富集光系统II的光合膜（BBY）超薄多层膜，并通过层状组装（LbL）方法利用聚乙烯亚胺（PEI）与光合膜之间的静电相互作用将其固定在石英基底上。所得生物材料经光学技术和原子力显微镜表征，表明LbL方法能够以较满意的结果实现BBY的固定。基于Hill反应的光学检测用于评估这些杂化材料的活性，结果显示生物样品在制备10周后仍保留约65%的原始活性，兼具稳定性和活性。此外，以除草剂特丁津（terbutryn）作为模型分析物对生物芯片灵敏度进行考察，获得有趣结果：在特丁津浓度高于10^-7 M时观察到光合活性被抑制，表明此类生物材料在环境生物传感器领域具有应用潜力。
英文摘要
In this study, ultrathin film multilayers of Photosystem II-enriched photosynthetic membranes (BBY) were prepared and immobilized on quartz substrates by means of a Layer by Layer procedure exploiting electrostatic interactions with poly(ethylenimine) as polyelectrolyte. The biomaterials thus obtained were characterized by means of optical techniques and Atomic Force Microscopy, highlighting the fact that the Layer by Layer approach allowed the BBYs to be immobilized with satisfactory results. The activity of these hybrid materials was evaluated by means of optical assays based on the Hill Reaction, indicating that the biosamples, which preserved about 65% of their original activity even ten weeks after preparation, were both stable and active. Furthermore, an investigation of the biochips' sensitivity to the herbicide terbutryn, as a model analyte, gave interesting results: inhibition of photosynthetic activity was observed at terbutryn concentrations higher than 10(-7)M, thus evidencing the potential of such biomaterials in the environmental biosensor field.