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
马拉硫磷（malathion）、毒死蜱（chlorpyrifos）；样品基质为河水/加标河水样品（river water/spiked samples）
检测原理
该传感器基于有机磷化合物对 AChE 的抑制作用。工作电极上固定的 AChE 催化底物乙酰硫代胆碱氯化物（ATCl）水解生成硫代胆碱（thiocholine）和乙酸；thiocholine 在 +0.2 V 下于 AuNPs–CaCO3/silica sol–gel 修饰的金电极表面发生电催化氧化二聚，产生与 AChE 活性成正比的安培电流。当样品中存在马拉硫磷或毒死蜱时，有机磷与 AChE 活性位点结合，使酶促水解速率下降，thiocholine 生成减少，电流由 I0 降至 Ii。以抑制率 I%=100×(I0−Ii)/I0 表征，抑制率与农药浓度在低浓度范围内线性相关。该体系未采用核酸或酶催化沉积等额外放大，主要依靠 AuNPs–CaCO3 多孔杂化材料的高酶负载、良好电子传递和硅凝胶固定来提高响应与稳定性。
检测灵敏度
LOD: 0.1 nM（malathion 和 chlorpyrifos）；线性范围: 0.1–100 nM（malathion）、0.1–70 nM（chlorpyrifos）；检测条件: 2.0–3.0% 抑制水平；ATCl 线性范围: 0.1–500 μM；ATCl 灵敏度: 0.39 mA/μM
效应效果
在 0.1 mM 抗坏血酸、4-乙酰氨基酚和尿酸存在下，干扰电流分别仅约 0.21 μA、0.17 μA 和 0.14 μA，表明低工作电位下抗干扰能力较好。方法重复性和日间精密度均小于 10%，准确度为 95–100%；表 1 中重复性 RSD 为 0.35–4.0%，日间精密度为 0.80–3.2%。河水加标样品中马拉硫磷和毒死蜱回收率为 95–110%。用 0.1 mM 2-PAM 处理 10 min 可使 AChE 活性恢复至 98%。传感器可重复使用 50 次，4 ℃ 干燥保存 60 d 保留约 50% 活性，90 d 保留约 40%。作者认为其低成本、快速、简单，适合现场筛查有机磷农药。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极（AuE，23K 金线，抛光后作为工作电极）
- 纳米材料修饰层：多孔碳酸钙微球（CaCO3 microspheres，提供多孔模板与高负载）
- 纳米材料修饰层：金纳米颗粒（AuNPs，约25 nm，柠檬酸稳定，通过静电作用组装于 CaCO3 表面，增强电子传递与锚定）
- 识别元件：大鼠脑乙酰胆碱酯酶（AChE，EC 3.1.1.7，催化底物水解并被有机磷抑制）
- 封装/固定层：硅溶胶-凝胶（silica sol–gel，由 TEOS 制备，封装 AChE-AuNPs-CaCO3 生物偶联物，提高稳定性）
- 信号底物：乙酰硫代胆碱氯化物（ATCl，AChE 催化底物，水解生成硫代胆碱）
- 电化学信号产物：硫代胆碱（thiocholine，在 +0.2 V 发生电催化氧化二聚产生电流）
- 辅助电极：铂丝（Pt wire，三电极体系辅助电极）
- 参比电极：氯化银电极（Ag/AgCl，3 M KCl，参比电极）
中文摘要
本研究将大鼠脑来源的乙酰胆碱酯酶（AChE）固定于组装在多孔碳酸钙（CaCO3）微球表面的金纳米颗粒（AuNPs）上，形成 AChE–AuNPs–CaCO3 生物偶联物，并用硅溶胶–凝胶（silica sol–gel）将其封装于金电极（AuE）表面，制备工作电极。该电极与 Ag/AgCl 参比电极和 Pt 辅助电极连接，构成基于 AChE 抑制原理的有机磷（OP）农药安培型生物传感器。传感器在 pH 7.0、30 ℃、+0.2 V 下响应最佳。在 2.0–3.0% 酶抑制水平下，马拉硫磷（malathion）和毒死蜱（chlorpyrifos）的检测范围分别为 0.1–100 nM 和 0.1–70 nM，检出限均为 0.1 nM。传感器浸入 0.1 mM 2-吡啶醛肟（2-PAM）10 min 后可再活化，可重复使用 50 次且活性无明显损失，4 ℃ 保存 60 d 仍保留约 50% 活性。
英文摘要
An acetylcholinesterase (AChE) purified from rat brain was immobilized onto gold nanoparticles (AuNPs) assembled on the surface of porous calcium carbonate (CaCO(3)) microsphere. The resulting AChE-AuNPs-CaCO(3) bioconjugate was mounted on the surface of Au electrode with the help of silica sol-gel matrix to prepare the working electrode. This electrode was connected to Ag/AgCl (3M/saturated KCl) as standard and Pt wire as an auxiliary electrode through a potentiostat to construct an organophosphorus (OP) biosensor. The biosensor was based on inhibition of AChE by OP compounds/insecticides. The biosensor showed optimum response at pH 7.0, 30°C, when polarized at +0.2V. Two OP compounds, malathion and chlorpyrifos could be detected in the range of 0.1-100 nM and 0.1-70 nM, respectively at 2.0-3.0% inhibition level of AChE. The sensor was reactivated by immersing it in 0.1 mM 2-pyridine aldoxime for 10 min. The detection limit of the sensor was 0.1 nM for both malathion and chlorpyrifos. The biosensor exhibited good reusability (50 times without considerable loss) and storage stability (50% within 60 days, when stored at 4°C).