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），模型化合物 carbaryl（西维因）；样品基质为 0.1 M 磷酸盐缓冲液（PBS）标准溶液
检测原理
该传感器基于 AChE 对 ATCl 的催化水解及其被有机磷农药抑制的原理。固定化 AChE 将 ATCl 水解为电活性产物硫代胆碱（TCh），TCh 在 GCE 表面发生氧化，产生与酶活性成正比的安培电流。IL-G 作为导电纳米修饰层，降低界面电子转移电阻，使 TCh 氧化电流较 CHIT/GCE 提高约 4 倍。当样品中存在 carbaryl 等 OPs 时，农药与 AChE 活性位点结合并抑制其催化活性，ATCl 水解速率下降，TCh 生成减少，氧化电流随之降低。通过比较抑制前后的电流变化，即可根据电流抑制率定量反映 OPs 浓度。
检测灵敏度
LOD: 0.8 ng mL−1 (S/N = 3)；线性范围: 0.0025–0.48 mg mL−1 和 0.48–1.42 mg mL−1；ATCl 线性范围: 0.15–0.70 mM；R^2 = 0.999（ATCl）
效应效果
该传感器对 carbaryl 的抑制响应在 0.0025–0.48 和 0.48–1.42 mg mL−1 范围内呈线性，LOD 为 0.8 ng mL−1，范围宽于多壁碳纳米管/钴酞菁电极直接电化学法（66.4 ng mL−1–1.33 mg mL−1）和流动注射-化学发光法（10 ng mL−1–1 mg mL−1）。IL-G-CHIT/GCE 对 ATCl 电流约为 CHIT/GCE 的 4 倍，Km 0.77 mM，低于 PEI 修饰电极的 1.5 mM。批内 RSD 5.5%，批间 RSD 7.4%；4 ℃ 保存 7 天无明显下降，20 天后保留 85% 电流。被 carbaryl 抑制后 PBS 浸泡 10 min 可恢复 90.5%。未报告实际样品回收率，作者认为可用于 OPs 暴露与环境监测。
传感器的构成
- 基底电极：玻璃碳电极（GCE），经氧化铝抛光和硝酸/丙酮/水清洗，作为导电基底与换能器
- 纳米修饰层：离子液体功能化石墨烯（IL-G），提供导电通道、降低电子转移电阻并改善分散稳定性
- 成膜固定层：壳聚糖（CHIT），与 IL-G 混合涂覆形成复合膜，辅助固定 AChE
- 识别元件：乙酰胆碱酯酶（AChE），固定于 IL-G-CHIT 层，催化 ATCl 水解
- 底物：乙酰硫代胆碱氯化物（ATCl），被 AChE 水解生成电活性产物
- 信号产物：硫代胆碱（TCh），在电极表面氧化产生安培电流
- 稳定剂/缓冲介质：牛血清白蛋白（BSA）与 0.1 M 磷酸盐缓冲液（PBS，pH 7.4），维持 AChE 稳定性与酶活环境
中文摘要
本文报道了一种用于有机磷农药（OPs）检测的灵敏安培生物传感器。该传感器以玻璃碳电极（GCE）为基底，将固定于离子液体功能化石墨烯（IL-G）上的乙酰胆碱酯酶（AChE）修饰于电极表面。所制备的 IL-G 在不同溶剂中具有良好的分散性和长期稳定性。所构建的生物传感器对乙酰硫代胆碱（ATCl）表现出较高亲和力，其米氏常数（Km）为 0.77 mM。基于 OPs 对固定化 AChE 酶活性的抑制作用，并以 carbaryl 作为模型化合物，carbaryl 的抑制率与其浓度在 0.0025–0.48 mg mL−1 和 0.48–1.42 mg mL−1 范围内呈线性关系，检出限为 0.8 ng mL−1（S/N = 3）。该传感器在 OPs 检测中表现出良好的重现性和可接受的稳定性，为酶抑制剂分析提供了一种新的、有前景的工具。
英文摘要
This work reports a sensitive amperometric biosensor for organophosphate pesticides (OPs) fabricated by modifying a glassy carbon electrode with acetylcholinesterase (AChE) immobilized on ionic liquid-functionalized graphene (IL-G). The functionalized graphene sheets had good dispersibility and long-term stability in various solvents. The as-prepared biosensor showed high affinity to acetylthiocholine (ATCl) with a Michaelis-Menten constant (K(m)) value of 0.77 mM. Furthermore, based on the inhibition by OPs of the enzymatic activity of the immobilized AChE, and using carbaryl as a model compound, the inhibition of carbaryl was proportional to its concentration ranging from 0.0025 to 0.48 and 0.48 to 1.42 μg mL(-1) with a detection limit of 0.8 ng mL(-1) (S/N = 3). The developed biosensor exhibited a good performance for OPs detection, including good reproducibility and acceptable stability, which provided a new and promising tool for the analysis of enzyme inhibitors.