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
有机磷农药（organophosphorus compounds, OP）：马拉硫磷（malathion）、毒死蜱（chlorpyrifos）；样品基质：自来水（tap water）/加标自来水
检测原理
该传感器以AChE为识别元件，以ATCl为底物。AChE催化ATCl水解生成硫胆碱和乙酸；ZnSNPs/Pin5COOH修饰的Au电极提供导电通道，降低硫胆碱氧化电位，并在+0.2 V下电催化硫胆碱氧化二聚生成二硫化物，产生与AChE活性成正比的安培电流。当有机磷农药存在时，其与AChE活性位点结合形成稳定复合物，抑制酶活性，使硫胆碱生成减少，电流下降；抑制率随农药浓度增加而增大。ZnSNPs通过促进电子转移和催化氧化实现信号放大，2-PAM可再激活被抑制的AChE。
检测灵敏度
LOD: 0.1 nM（malathion）、1.5 nM（chlorpyrifos）；线性范围: 0.1–50 nM（malathion）、1.5–40 nM（chlorpyrifos）
效应效果
该传感器对马拉硫磷和毒死蜱具有良好选择性，加标自来水回收率为95–105%（摘要报告95–100%），准确度95–100%，重复性和日间精密度小于14%。制备重现性CV为2.7%（50 nM马拉硫磷，三个电极）。4 ℃保存60天后仍保留50%初始电流，稳定性优于部分已有AChE传感器。与GC–MS方法对比，回归系数r=0.96。干扰试验中，2 μM重金属离子影响有限，Hg(II)造成40%抑制效应，Cr(VI)为15%。2-PAM处理5 min恢复50%酶活性，10 min恢复97.9%。作者认为可用于土壤提取物、蔬菜、牛奶和水等实际样品中农药的直接检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极（Au electrode/AuE），23K金线，抛光清洗，作为工作电极与电子传导基底
- 纳米材料修饰层：硫化锌纳米粒子（ZnSNPs）与聚（吲哚-5-羧酸）（Pin5COOH）纳米复合材料，电聚合沉积于Au电极，提供导电通道并促进电子转移
- 识别元件：大鼠脑乙酰胆碱酯酶（AChE），经EDC/NHS（碳二亚胺/N-羟基琥珀酰亚胺）偶联固定于Pin5COOH/ZnS表面，催化水解ATCl
- 底物/信号前体：乙酰硫代胆碱氯化物（ATCl），加入反应液后被AChE水解生成硫胆碱（thiocholine）
- 信号放大元件：ZnSNPs在+0.2 V促进硫胆碱电化学氧化二聚生成二硫化物，产生安培电流
- 再生剂：2-吡啶醛肟甲碘化物（2-PAM），用于被有机磷抑制后AChE再激活
- 检测系统：三电极体系（Au工作电极、Pt辅助电极、Ag/AgCl参比电极）与Autolab电化学工作站，在+0.2 V读取电流
中文摘要
本文构建了一种新型高灵敏安培生物传感器，用于检测有机磷（OP）化合物。该传感器将大鼠脑乙酰胆碱酯酶（AChE）固定于硫化锌纳米粒子（ZnSNPs）与聚（吲哚-5-羧酸）（Pin5COOH）电沉积在金电极上形成的纳米复合材料中。在以乙酰硫代胆碱氯化物（ATCl）为底物的条件下，ZnSNPs可在较低电位促进电子转移反应，并催化酶促生成的硫胆碱发生电化学氧化，从而提高检测灵敏度。在最佳条件（磷酸盐缓冲液，pH 7.5，30 ℃）下，马拉硫磷和毒死蜱对AChE的抑制程度与其浓度分别呈线性关系，线性范围为0.1–50 nM和1.5–40 nM。该生物传感器对加标自来水样品中马拉硫磷和毒死蜱的测定具有可接受的准确度（95–100%）。酶电极具有较长的储存稳定性，在4 ℃保存2个月内仍保留50%的初始活性。
英文摘要
A novel, highly sensitive amperometric biosensor for detection of organophosphorus (OP) compounds has been constructed, based on rat brain acetylcholinesterase (AChE) immobilized onto nanocomposite of ZnS-nanoparticles (ZnSNPs) and poly(indole-5-carboxylic acid) electrodeposited on Au electrode. In the presence of acetylthiocholine chloride (ATCl) as a substrate, ZnSNPs promoted electron transfer reactions at a lower potential and catalyzed electrochemical oxidation of enzymatically formed thiocholine, thus increasing detection sensitivity. Under optimum conditions (phosphate buffer, pH 7.5 and 30°C), the inhibition of AChE by malathion and chlorpyrifos was proportional to their concentrations in the range, 0.1-50nM and 1.5-40nM, respectively. The biosensor determined malathion and chlorpyrifos in spiked tap water samples with a acceptable accuracy (95-100%). The enzyme electrode had long-storage stability (50% retention of initial activity within 2 months, when stored at 4°C).