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
乙酰胆碱（acetylcholine, ACh）；样品基质：磷酸盐缓冲液（PBS, pH 8.0）
检测原理
该传感器采用 AChE/ChOx 双酶级联反应。乙酰胆碱（ACh）在 AChE 催化下水解为胆碱和乙酸；胆碱在 ChOx 催化下与溶解氧反应生成甜菜碱和过氧化氢（H2O2）。在 +0.35 V 工作电位下，H2O2 在铂电极表面发生电化学氧化，产生与 ACh 浓度成正比的安培电流。MWCNTs 和 AuNPs 构成导电网络，加速电子转移并有利于降低干扰；巯基化溶胶-凝胶固定 ChOx 和 MWCNTs，PDDA-AChE 多层膜通过静电作用调控 AChE 负载量。低浓度区电流随 ACh 增加而线性增大，高浓度区因酶促反应趋于零级动力学而饱和。
检测灵敏度
LOD: 1 μM (S/N=3)；线性范围: 0.005–0.4 mM；灵敏度: 3.395 μA/mM；R^2 = 0.9955
效应效果
在 0.2 mM ACh 存在下，依次加入 0.1 mM 抗坏血酸、0.1 mM 对乙酰氨基酚、0.5 mM 尿酸、10 μM 5-羟色胺和 10 μM 多巴胺，电流无明显变化，表明选择性良好。传感器 15 s 内达到 95% 稳态电流；0.1 mM ACh 连续 5 次测量 RSD 为 5%；4 ℃保存两个月后仍保留 80% 初始响应。作者认为其线性范围优于部分文献报道，LOD 1 μM 低于一些现有方法，并可为多酶固定提供简单有效平台。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：铂电极（Pt electrode），经抛光清洗，作为工作电极和电子转导基底
- 溶胶-凝胶复合层：巯基化水合硅溶胶（MPTMOS sol，(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷），MPTMOS 头基水解缩合形成硅氧烷网络，固定 MWCNTs 和 ChOx，巯基尾基用于 AuNPs 自组装
- 纳米材料/酶复合层：PDDA-MWCNTs 与胆碱氧化酶（ChOx），MWCNTs 提供导电通道，ChOx 催化胆碱氧化生成 H2O2
- 金纳米颗粒层：金纳米颗粒（AuNPs，约 15 nm），通过 Au-S 键和静电作用自组装，促进电子转移
- 识别/催化多层膜：聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDDA）与乙酰胆碱酯酶（AChE）交替沉积形成 (PDDA-AChE)n，AChE 水解乙酰胆碱，PDDA 提供静电组装基质
- 信号产物：过氧化氢（H2O2），由 ChOx 催化胆碱氧化产生，在电极上氧化产生安培电流
中文摘要
本研究通过自组装与溶胶-凝胶技术结合，成功构建了一种基于金纳米颗粒（AuNPs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）的乙酰胆碱酯酶（AChE）/胆碱氧化酶（ChOx）双酶安培型乙酰胆碱生物传感器。首先将含 MWCNTs 和 ChOx 的巯基化水合硅溶胶滴涂于洁净铂电极表面，随后 AuNPs 与巯基化溶胶-凝胶网络自组装；最后交替沉积聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDDA）和 AChE，形成不同层数的 PDDA-AChE 多层膜以优化 AChE 负载量。所得传感器中，含两层 PDDA-AChE 多层膜者性能最佳，具有宽线性范围、高灵敏度和快速安培响应，分别为 0.005–0.4 mM、3.395 μA/mM 和 15 s 内达到稳态。该传感器表现出良好长期稳定性和可接受重现性。更重要的是，该研究为电极表面酶的有效固定提供了简单、有效的多酶固定平台。
英文摘要
A novel acetylcholinesterase (AChE)/choline oxidase (ChOx) bienzyme amperometric acetylcholine biosensor based on gold nanoparticles (AuNPs) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) has been successfully developed by self-assembly process in combination of sol-gel technique. A thiolated aqueous silica sol containing MWCNTs and ChOx was first dropped on the surface of a cleaned Pt electrode, and then AuNPs were assembled with the thiolated sol-gel network. Finally, the alternate deposition of poly (diallyldimethylammonium chloride) (PDDA) and AChE was repeated to assemble different layers of PDDA-AChE on the electrode for optimizing AChE loading. Among the resulting biosensors, the biosensor based on two layers of PDDA-AChE multilayer films showed the best performance. It exhibited a wide linear range, high sensitivity and fast amperometric response, which were 0.005-0.4mM, 3.395 μA/mM, and within 15s, respectively. The biosensor showed long-term stability and acceptable reproducibility. More importantly, this study could provide a simple and effective multienzyme immobilization platform for meeting the demand of the effective immobilization enzyme on the electrode surface.