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
蓖麻毒素（Ricin）；样品基质：0.3% NaCl 溶液、pH 3/5/7 缓冲液、酸性食品（牛奶、蔬菜汤、番茄汁）
检测原理
传感器以纳米多孔铝为工作电极，APTES-SAM 提供疏水界面，戊二醛共价固定抗蓖麻毒素抗体。检测时，蓖麻毒素扩散至电极表面并与抗体特异性结合，形成 Ab/Ag 复合物层。该复合物层改变了固液界面的离子迁移阻力、电荷分布和介电/电感特性，使电化学阻抗谱中实部 Z' 发生变化。在 EII 相对 Ag/AgCl 参比电极 +0.1 V 极化下，负离子（包括 OH-）被吸引并吸附于 APTES-SAM 疏水表面，局部抵消酸性样品中 H+ 对抗体构象和免疫活性的破坏，使低 pH 下免疫反应仍可发生。随着蓖麻毒素浓度升高，界面复合物层增厚、阻抗变化增强，Z'norm(10 kHz) 在 20 min 内可重复升高，从而实现无标记检测。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
该传感器无需 pH 调节即可在酸性食品中直接检测蓖麻毒素，检测时间约 20 min。在 0.3% NaCl 中，Z'norm(10 kHz) 在 20 min 随 0.1–10 μg/mL 蓖麻毒素浓度变化，且含抗原样品信号高于空白；在牛奶（pH 6.5）、蔬菜汤（pH 4.8）和番茄汁（pH 3.9）中，500 ng/mL 加标样品的 Z'norm(10 kHz) 均高于 0 ng/mL 对照。单频 10 kHz EIS 采用三次重复评价重现性，但原文未给出具体 RSD。传感器可于 -25 °C 保存最多 3 个月。与 ELISA、RIA 和电泳免疫分析等需先调 pH 的方法相比，该 EII 更适合酸性食品基质；但长时间强酸暴露会使抗体变性并引起非特异吸附，因此作者强调 20 min 内检测可保持免疫活性。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：纳米多孔铝（nano-porous aluminum, alloy 1100）经退火、电化学抛光和阳极氧化形成有序纳米孔，作为工作电极与阻抗换能基底
- 疏水修饰层：3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）自组装单分子层（APTES-SAM）通过硅氧烷键合于 Al2O3，提供疏水界面
- 交联活化层：戊二醛（glutaraldehyde）活化 APTES-SAM 氨基，用于抗体共价固定
- 识别元件：多克隆抗蓖麻毒素抗体（anti-ricin antibody, Ab）特异性识别蓖麻毒素
- 封闭剂：乙醇胺（ethanolamine, 100 mM）封闭剩余位点，降低非特异性结合
- 电化学池/电极系统：定制电化学池，不锈钢 316 对电极（CE）、Ag/AgCl 参比电极（RE）和 EII 工作电极（WE）用于 EIS 极化
- 信号标记物：无标记（label-free），不依赖酶或荧光标记
中文摘要
本研究报道了一种疏水改性电化学阻抗免疫传感器（EII），用于在酸性环境中直接检测生物毒素蓖麻毒素（Ricin），无需调节样品 pH。以纳米多孔铝为基底，通过 3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）自组装单分子层（SAM）进行疏水修饰，并利用戊二醛将抗蓖麻毒素抗体（Ab）共价固定于 APTES-SAM 上。在 EII 相对参比电极极化条件下，采用电化学阻抗谱（EIS）监测固定抗体与毒素在不同诊断液中的免疫反应。结果表明，该传感器可在酸性食品中于 20 min 内直接检测蓖麻毒素，无需 pH 调节。EIS 极化过程中，包括氢氧根在内的负离子可吸附于 APTES-SAM 疏水表面，从而抵消酸对固定抗体免疫活性的影响，维持其在酸性环境中的识别能力。文章简要讨论了使低 pH 样品基质中免疫反应得以发生的局部 pH 调节机制。
英文摘要
This study describes the direct detection of the biological toxin (Ricin) in acidic environment without pH adjustment by hydrophobically modified electrochemical impedance immunosensor (EII). The nano-porous aluminum substrate for EII was hydrophobically modified via self-assembled monolayer (SAM) of APTES. Biosensor for the detection of the Ricin was fabricated by the covalent cross-linking of antibody (Ab) with APTES-SAM. The immunoreactions between the immobilized Ab and the biological toxin in several diagnostic solutions were monitored by the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) under the polarization of EII versus reference electrode. EII could detect the presence of the biological toxin in acidic foods in 20 mins without pH adjustment. The negatively charged ions including hydroxides would be adsorbed on the hydrophobic body of APTES-SAMs by the polarization during EIS analysis, and offset the effect of acids on the immunological activity of the immobilized Ab. It suggested that the adsorption of negatively charged ions helped to keep the immunological activities of the immobilized Ab on EII in acidic environment. Proposed mechanism of the localized pH adjustment that makes possible immunoreaction occurrence in low pH sample matrix is briefly discussed.