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
莠草津(atrazine)；样品基质：PBS缓冲液（含5 mM Fe(CN)6^3-/4-，pH 7.0；用于环境水样/食品安全检测的模拟基质）
检测原理
该传感器基于电化学阻抗免疫检测原理。金电极表面先电聚合聚吡咯(PPy)导电薄膜，再在0.3 mT磁场下固定链霉亲和素标记的Fe2O3磁性纳米颗粒，形成高比表面、多孔的纳米复合界面。随后通过链霉亲和素-生物素相互作用固定生物素化Fab片段K47抗体，并用BSA封闭非特异位点。当样品中的莠草津(atrazine)与抗体特异性结合时，电极界面形成更厚的绝缘免疫复合物，阻碍溶液中的Fe(CN)6^3-/4-氧化还原探针在电极表面进行电子转移，使电荷转移电阻Rct增大。EIS在-1200 mV下记录Nyquist谱，半圆直径随莠草津浓度升高而增大，ΔR与浓度呈正相关。PPy导电层与磁性纳米颗粒的高比表面共同增强界面响应，实现无标记、直接阻抗检测。
检测灵敏度
LOD: 5 ng/ml (2.3 × 10−8 M)；线性范围: 0–170 ng/ml（校准曲线范围）
效应效果
该传感器在PBS+5 mM Fe(CN)6^3-/4-体系中检测莠草津，检出限为5 ng/mL（2.3×10^-8 mol/L），校准曲线覆盖0–170 ng/mL。对非特异性抗原（小鼠IgG）的响应不显著，表明抗体识别具有较好选择性。作者指出，PPy薄膜位于磁性纳米颗粒组装层下方，可将传感器灵敏度提高约四个数量级，说明导电聚合物与纳米颗粒复合结构显著增强了界面阻抗响应。该传感器制备简便、响应快速，适用于莠草津等环境污染物和食品安全相关检测，也可作为构建其他生物传感器的通用策略。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极(Au)，经丙酮、乙醇和piranha溶液清洗，作为工作电极与电子传导基底
- 导电聚合物修饰层：聚吡咯(PPy)薄膜，由吡咯单体在0.1 M LiClO4/CH3CN中电聚合6圈形成，提高导电性并提供多孔界面
- 磁性纳米颗粒组装层：链霉亲和素标记Fe2O3磁性纳米颗粒(平均直径约200 nm)，在0.3 mT磁场下固定于PPy表面，提供高比表面与生物固定位点
- 识别元件：生物素化Fab片段K47抗体(biotin-Fab K47)，通过链霉亲和素-生物素结合固定，特异性识别莠草津
- 封闭剂：牛血清白蛋白(BSA)，封闭非特异结合位点，降低背景信号
- 信号标记物/电子探针：5 mM Fe(CN)6^3-/4-氧化还原探针，用于电化学阻抗谱监测界面电子转移阻抗变化
中文摘要
本文报道了一种用于生物传感的聚吡咯/磁性纳米颗粒纳米复合电极的制备与表征。作者通过循环伏安电聚合在金电极表面沉积聚吡咯(PPy)薄膜，并在0.3 mT磁场下将链霉亲和素标记的Fe2O3磁性纳米颗粒(平均直径约200 nm)有序固定于PPy表面，以调控纳米颗粒组装形貌并提高传感灵敏度。随后利用链霉亲和素-生物素相互作用，将生物素化Fab片段K47抗体固定于纳米颗粒表面，并用牛血清白蛋白(BSA)封闭非特异位点。该免疫传感器以5 mM Fe(CN)6^3-/4-为氧化还原探针，通过电化学阻抗谱(EIS)监测莠草津(atrazine)与抗体结合引起的界面电荷转移阻抗变化。结果表明，该传感器可快速、简便、准确地测定莠草津浓度，检出限低至5 ng/mL（约2.3×10^-8 mol/L），显示其在环境污染物检测中的应用潜力。
英文摘要
In recent years, conducting polymers combined with metallic nanoparticles have been paid more attention due to their potential applications in microelectronics, microsystems, optical sensors and photoelectronic chemistry. The work presented in this paper describes the preparation and characterization of a nanocomposite composed by a thin polypyrrole (PPy) film covered with an assembly of magnetic nanoparticles (NPs). The magnetic particles were immobilized on PPy films under appropriate magnetic field in order to control their organization on the PPy film and finally to improve the sensitivity of the system in potential sensing applications. The electrical properties and morphology of the resulting PPy film and the PPy film/NPs composite were characterized with cyclic voltammetry, impedance spectroscopy (IS), scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM) and infra-red spectroscopy (IR). By using streptavidin labeled magnetic particles it was possible to functionalize the NPs assembly with biotin-Fab fragment K47 antibody. The designed biosensor had been successfully applied in rapid, simple, and accurate measurements of atrazine concentrations, with a significantly low detection limit of 5 ng/ml.