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（organophosphate pesticides, OPs）：氯吡磷氧（chlorpyriphos-oxon, CPO）、乙氧基对氧磷（ethyl paraoxon, EPOx）、马拉氧磷（malaoxon, MOx）；样品基质：牛奶（milk，含 15.5% 和 30% 脂肪牛奶）
检测原理
该传感器以 AChE 为识别元件，采用抑制型检测。AChE 催化底物 ATChCl 水解生成硫胆碱（TCh），TCh 在 +100 mV 工作电位下发生电化学氧化，产生与酶活成正比的安培电流。当牛奶样品中的有机磷农药（CPO、EPOx、MOx）流经流通池并与 AChE 活性位点结合时，酶被磷酸化/抑制，催化速率下降，TCh 生成量减少，电流降低。通过比较孵育前后电流或计算抑制率 I%，可反映 OPs 浓度；浓度越高，抑制越强，信号下降越大。CoPC 修饰电极与 PVA-AWP 光交联包埋用于固定酶并维持界面稳定，无额外信号放大。
检测灵敏度
LOD（牛奶，B394）: CPO 5 × 10−12 M；EPOx 5 × 10−9 M；MOx 5 × 10−10 M；R^2 = 0.9910。动态范围（牛奶）: 5 × 10−12 M–5 × 10−6 M。PBS（B394）: CPO 线性范围 5 × 10−7–5 × 10−11 M，LOD 5 × 10−12 M，R^2 = 0.99767；EPOx 线性范围 5 × 10−7–3 × 10−8 M，LOD 7.5 × 10−9 M，R^2 = 0.99835；MOx 线性范围 5 × 10−9–3 × 10−10 M，LOD 1.5 × 10−10 M，R^2 = 0.99387。
效应效果
该流动式传感器分析时间小于 15 min，响应时间约 2 min。连续 5 次注入 1 mM ATChCl 的响应变化小于 5%，4 °C PBS 中保存 1 个月仍保持完全酶活。PBS 中抑制实验室内重现性 CV 为 3.43%，CPO 平均 RSD 2.82%、EPOx 2.934%。牛奶直接进样峰高较 PBS 降低 20–30%，经 5 μm 滤纸过滤后基质效应消除，未见非特异抑制或假阳性/假阴性。加标回收率：15.5% 脂肪牛奶为 95.0%–98.5%，30% 脂肪牛奶为 87.0%–95.0%，满足欧盟 70%–110% 要求。作者认为其比色谱法更快、更廉价、便携，可用于牛奶加工和收集中心在线监测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：PVC 支撑片上丝网印刷三电极（SPE），含碳工作电极、辅助电极和 Ag/AgCl 伪参比电极，用于电化学换能
- 导电层：银导电膜与碳浆（Electrodag PE-410/423SS/6037SS、Timrex T15 石墨），形成工作/辅助电极导电通路
- 修饰层：工作电极表面钴(II)酞菁（CoPC）修饰层，构成酶固定界面
- 识别元件：果蝇乙酰胆碱酯酶（AChE）野生型 B131 及基因改造型 B394、B4，催化底物水解并被有机磷农药抑制
- 固定层：光交联聚合物 PVA-AWP（含叠氮基水溶性光聚合物）包埋酶，经氖光 4 h 光聚合固定
- 信号产物：硫胆碱（TCh），由 AChE 水解 ATChCl 产生，在 +100 mV 发生氧化产生安培电流
- 反应底物：乙酰硫代胆碱氯化物（ATChCl，1 mM）与 PBS 缓冲液，提供酶促反应底物
- 流动检测模块：定制流通池、注射泵、多通阀、数据采集卡与 641VA 电位计，实现自动进样、孵育和电流读出
中文摘要
本文报道了一种用于牛奶中有机磷农药检测的自动化流动式生物传感器。该传感器以丝网印刷碳电极（SPE）为基础并集成于流通池，采用果蝇乙酰胆碱酯酶（AChE）野生型 B131 及基因改造型 B394、B4 作为识别元件。酶通过包埋于光交联聚合物 PVA-AWP 中固定在钴(II)酞菁（CoPC）修饰电极表面。该传感器用于定量牛奶中三种有机磷农药：氯吡磷氧（CPO）、乙氧基对氧磷（EPOx）和马拉氧磷（MOx），总分析时间小于 15 min。先在磷酸盐缓冲液（PBS）中测试三种传感器，B394 检出限最佳，因此用于牛奶校准，浓度范围为 5 × 10−6 M 至 5 × 10−12 M。牛奶中 CPO、EPOx 和 MOx 的检出限分别为 5 × 10−12 M、5 × 10−9 M 和 5 × 10−10 M，相关系数 R2 = 0.9910。该传感器成功定量不同脂肪含量牛奶中的 OPs，未出现假阳性或假阴性。方法成本低、灵敏、便携、无创并可实时给出结果，适用于牛奶等食品基质中高毒 OPs 的快速检测。
英文摘要
This work describes the development of an automated flow-based biosensor that employs genetically modified acetylcholinesterase (AChE) enzymes B394, B4 and wild type B131. The biosensor was based on a screen printed carbon electrode (SPE) that was integrated into a flow cell. Enzymes were immobilised on cobalt (II) phthalocyanine (CoPC) modified electrodes by entrapment in a photocrosslinkable polymer (PVA-AWP). The automated flow-based biosensor was successfully used to quantify three organophosphate pesticides (OPs) in milk samples. The OPs used were chlorpyriphos-oxon (CPO), ethyl paraoxon (EPOx) and malaoxon (MOx). The total analysis time for the assay was less than 15 min. Initially, the biosensor performance was tested in phosphate buffer solution (PBS) using B394, B131 and B4 biosensors. The best detection limits were obtained with B394; therefore, this biosensor was used to produce calibration data in milk with three OPs in the concentration range of 5 × 10(-6)M to 5 × 10(-12)M. The limit of detection (LOD) obtained in milk for CPO, EPOx and MOx were 5 × 10(-12)M, 5 × 10(-9)M and 5 × 10(-10)M, respectively, with a correlation coefficient R(2)=0.9910. The automated flow-based biosensor successfully quantified the OPs in different fat-containing milk samples. There were no false positives or false negatives observed for the analytical figures of merit for the constructed biosensors. This method is inexpensive, sensitive, portable, non-invasive and provides real-time results. This analytical system can provide rapid detection of highly toxic OPs in food matrices such as milk.