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
乙酰胆碱酯酶抑制剂（AChE inhibitors）：对氧磷甲酯（paraoxon-methyl）、毒死蜱（chlorpyrifos）；样品基质：PBS标准溶液、加标自来水（tap water）
检测原理
该传感器以AChE为生物识别/催化元件，以农药抑制剂为被测物。农药与AChE活性位点结合后抑制其催化活性；在过量ATCh存在下，未被抑制的AChE催化ATCh水解生成TCh。TCh在MWCNTs–TCNQ修饰电极表面于+150 mV发生氧化，产生安培电流。MWCNTs提供导电通道，TCNQ作为电子受体/介体，二者形成超分子结构并协同降低TCh氧化过电位，使裸SPE上约+700 mV的氧化电位降至+150 mV，同时增强电流。抑制剂浓度越高，AChE活性越低，TCh生成减少，电流下降，通过抑制率I%=(i0-iI)/i0×100%定量。obidoxime可复活被抑制酶。
检测灵敏度
LOD: 30 pM (7 ppt) paraoxon-methyl；LOD: 0.4 nM (0.1 ppb) chlorpyrifos（Table 1: 430 pM, 100 ppt）；线性范围: 0.1–500 nM paraoxon-methyl；线性范围: 1–100 nM chlorpyrifos；斜率 b: 17.6 ± 1.3 paraoxon-methyl；斜率 b: 26.50 ± 0.70 chlorpyrifos（I% = a + b × log Cpesticide (M)）；R: 0.9722 paraoxon-methyl；R: 0.9958 chlorpyrifos；TCh传感器: LOD 28 μM；线性范围 0.05–0.6 mM；灵敏度 45 μA mM−1 cm−2。
效应效果
传感器响应快（15 s），10 mM ATCh下5个同批传感器RSD为6%；4 ℃缓冲液保存1周后信号保持96%。paraoxon-methyl内/批间RSD为3.2%/2.5%，chlorpyrifos 10−9 M为3.5%/3%；5次抑制-复活循环重现性分别为7%和10%。加标自来水回收率：paraoxon-methyl 97.3%、94.5%、95.5%，chlorpyrifos 86.8%、91.3%、93.8%。作者认为paraoxon-methyl LOD达7 ppt，属商用AChE电化学传感器中较低水平，可重复使用约10次，适用于有机磷和氨基甲酸酯农药筛查。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：丝网印刷碳电极（SPE，Dropsens 110），含碳工作电极、银伪参比电极（Ag/AgCl）和碳对电极，提供三电极电化学检测平台。
- 纳米材料修饰层：多壁碳纳米管（MWCNTs）与7,7,8,8-四氰基对二甲苯（TCNQ）超声混合后滴涂干燥，形成MWCNTs–TCNQ超分子结构，降低TCh氧化过电位并增强电子转移。
- 生物催化/识别层：乙酰胆碱酯酶（AChE，电鳗来源）固定于溶胶-凝胶（sol–gel）网络，催化ATCh水解生成TCh。
- 溶胶-凝胶固定层：四甲基正硅氧烷（TMOS）、甲基三甲氧基硅烷（MTMOS）、水、HCl和PEG600形成网络，稳定AChE并防止流失。
- 信号底物/产物：乙酰硫代胆碱（ATCh）作为酶底物，水解产生硫胆碱（TCh），TCh在+150 mV被氧化产生安培电流。
- 酶复活剂：obidoxime（5 mM）用于抑制后复活AChE，实现传感器重复使用。
中文摘要
本文开发了一种新型、简单且有效的安培法乙酰胆碱酯酶（AChE）生物传感器，采用丝网印刷碳电极（SPE）修饰多壁碳纳米管（MWCNTs）与7,7,8,8-四氰基对二甲苯（TCNQ）。传感器设计基于MWCNTs与TCNQ相互作用形成的超分子结构，并通过光谱和电化学技术加以证实。根据MWCNTs与TCNQ的不同比例，提出两种不同的超分子排列。作者首次利用MWCNTs与TCNQ的协同效应，在低电位下高灵敏检测硫胆碱（TCh）。将AChE固定于溶胶-凝胶（sol–gel）网络中构建的生物传感器，可检测两种参考AChE抑制剂：对氧磷甲酯（paraoxon-methyl）和毒死蜱（chlorpyrifos），检出限分别为30 pM（7 ppt）和0.4 nM（0.1 ppb）。使用obidoxime可实现酶的高效复活。
英文摘要
A new, simple and effective amperometric acetylcholinesterase biosensor was developed using screen-printed carbon electrodes modified with carbon nanotubes (MWCNTs)-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane (TCNQ). The design of the biosensor was based on the supramolecular arrangement resulted from the interaction of MWCNTs and TCNQ. This arrangement was confirmed by spectroscopic and electrochemical techniques. Two different supramolecular arrangements were proposed based on different MWCNTs:TCNQ ratios. The synergistic effect of MWCNTs and TCNQ was, for the first time, exploited for detection of thiocholine at low potential with high sensitivity. The biosensor developed by immobilization of acetylcholinesterase (AChE) in sol-gel allowed the detection of two reference AChE inhibitors, paraoxon-methyl and chlorpyrifos with detection limits of 30 pM (7 ppt) and 0.4 nM (0.1 ppb), respectively. Efficient enzyme reactivation was obtained by using obidoxime.