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
对氧磷（paraoxon，paraoxon-ethyl，有机磷抑制剂）；样品基质：5%水合异丙醇溶液（PBS反应体系）
检测原理
固定于Pt电极的AChE催化底物ATChCl水解，生成硫代胆碱（thiocholine）；硫代胆碱在+450 mV下于Pt电极发生两电子氧化，产生计时安培电流，电流大小与AChE催化活性成正比。对氧磷等有机磷化合物通过磷酸化AChE活性位点丝氨酸，不可逆抑制酶活性，使硫代胆碱生成减少，电流下降，因此电流随抑制剂浓度升高而降低。电离辐射本身未显著改变基础酶电流，但50 Gy以上（尤其5 kGy）辐照使AChE更易被对氧磷抑制，从而在相同抑制剂浓度下产生更低电流，提高检测灵敏度。该体系无额外信号放大，依赖酶催化与直接安培氧化。
检测灵敏度
LOD: 2.5 ppb（5 kGy辐照生物传感器）；LOD: 3.8 ppb（未辐照生物传感器）；检出限按S/N=3计算。
效应效果
在5 mGy至100 kGy辐照下，未加对氧磷时AChE电流保持在395–455 nA，未出现显著剂量相关变化，说明固定化AChE对电离辐射稳定。加入1 ppm对氧磷后，对照生物传感器电流约94 nA（摘要94±5 nA，正文94±15 nA），剩余活性约22%；5 kGy辐照传感器电流降至49±6 nA，100 kGy为55±10 nA，表明50 Gy以上辐照增强对氧磷抑制效应。5 kGy辐照传感器对对氧磷校准的LOD由3.8 ppb降至2.5 ppb，约49%改善。作者认为辐照可作为传感器预激活手段，并提示辐射与有机磷联合暴露可能增加毒性风险。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：电化学传感器条，含铂工作电极（Pt，1 mm点状）、Ag/AgCl参比电极和铂辅助电极（Pt），陶瓷支撑与塑料支架，提供电子转移动力。
- 酶固定层：AChE悬浮于PBS中，含0.1%戊二醛（glutaraldehyde）和1 mg/mL白蛋白（albumin），最终酶活5 U/μL，滴加2 μL干燥，戊二醛交联固定酶。
- 识别元件：电鳗乙酰胆碱酯酶（AChE，2000 U/mg），催化水解乙酰硫代胆碱，作为有机磷抑制识别元件。
- 底物/信号前体：乙酰硫代胆碱氯化物（ATChCl，1 mM PBS），被AChE水解生成硫代胆碱（thiocholine）。
- 信号标记物：硫代胆碱（thiocholine），在Pt工作电极+450 mV下氧化，产生与酶活性相关的安培电流。
- 被测物/抑制剂：对氧磷（paraoxon，paraoxon-ethyl），以5%水合异丙醇溶液加入，不可逆抑制AChE活性。
- 读出装置：EmStat电化学分析仪，计时安培法（chronoamperometry），+450 mV下稳定30 s读取电流。
中文摘要
为评估电离辐射对暴露AChE的影响，构建了胆碱酯酶生物传感器。尽管主要实验目的是研究电离辐射对生物传感器活性的影响，但未观察到胆碱酯酶活性变化。由酶促反应从乙酰硫代胆碱生成的硫代胆碱氧化提供的电流在395–455 nA范围内。尽管电流波动，未发现辐射对AChE活性的显著影响。然而，当检测模型有机磷对氧磷时观察到意外现象：辐照后的生物传感器似乎更易受对氧磷抑制。对照生物传感器暴露于1 ppm对氧磷后电流为94±5 nA；经5 kGy辐照并暴露于对氧磷的生物传感器电流为49±6 nA。研究了5 mGy至100 kGy辐照剂量，上述效应在50 Gy以上剂量得到证实。初步实验后，使用5 kGy辐照生物传感器对对氧磷进行校准，并与对照比较。辐照和未辐照生物传感器检出限分别为2.5和3.8 ppb。讨论了该效应的总体影响。
英文摘要
A cholinesterase based biosensor was constructed in order to assess the effects of ionizing radiation on exposed AChE. Although the primary objective of the experiment was to investigate the effect of ionizing radiation on the activity of the biosensor, no changes in cholinesterase activity were observed. Current provided by oxidation of thiocholine previously created from acetylthiocholine by enzyme catalyzed reaction was in a range 395-455 nA. No significant influence of radiation on AChE activity was found, despite the current variation. However, a surprising phenomenon was observed when a model organophosphate paraoxon was assayed. Irradiated biosensors seem to be more susceptible to the inhibitory effects of paraoxon. Control biosensors provided a 94 ± 5 nA current after exposure to 1 ppm paraoxon. The biosensors irradiated by a 5 kGy radiation dose and exposed to paraoxon provided a current of 49 ± 6 nA. Irradiation by doses ranging from 5 mGy to 100 kGy were investigated and the mentioned effect was confirmed at doses above 50 Gy. After the first promising experiments, biosensors irradiated by 5 kGy were used for calibration on paraoxon and compared with the control biosensors. Limits of detection 2.5 and 3.8 ppb were achieved for irradiated and non-irradiated biosensors respectively. The overall impact of this effect is discussed.