组成图示
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传感器类型
全细胞生物传感器
检测对象
DCMU（3-(3,4-二氯苯基)-1,1-二甲基脲）、莠去津（atrazine）；样品基质为水样/培养液/废水（effluents）
检测原理
该传感器以固定化微藻的光系统II（PSII）为识别元件。DCMU或莠去津等PSII抑制剂扩散进入透明二氧化硅水凝胶，与微藻PSII的醌结合位点结合，阻断光合电子传递，使激发态叶绿素寿命延长，叶绿素荧光增强。用469 nm光激发，在682 nm处测量荧光强度，以暴露前后荧光增强率E=(Fa-Fb)/Fb×100表征响应。除草剂浓度越高或暴露时间越长，荧光增强通常越大；但高浓度长时间暴露可因细胞死亡使信号下降。该过程无需外加底物或荧光标记，属于全细胞光学荧光检测。
检测灵敏度
LOD: 0.1 µM（C. reinhardtii，暴露40 min）
效应效果
两步固定化对微藻生长抑制较低：小球藻约2%，伪克氏藻6%，衣藻13%，表明硅胶水凝胶生物相容性良好。对DCMU，游离藻荧光增强约90%±10%，钙藻酸盐/硅胶固定化后约50%±20%，仍保持较高响应。对莠去津，暴露40 min时检出限可达0.1 µM，敏感性顺序为衣藻>小球藻>伪克氏藻；5 h和24 h暴露可进一步提高荧光增强，但高浓度长时间暴露会因细胞死亡导致信号下降。作者认为该无试剂全细胞光学传感器成本低、机械稳定、化学惰性，可作为废水中PSII抑制剂除草剂的早期预警装置。
传感器的构成
- 基底/固定化载体：溶胶-凝胶二氧化硅水凝胶单体（SiO2 hydrogel monolith，由硅酸钠 Na2SiO3 与 LUDOX HS-40 纳米SiO2 制备，厚度约1.9 mm），提供透明介孔支撑并允许污染物扩散。
- 预固定化保护层：钙藻酸盐微珠/凝胶（Ca(II)-alginate，由2% Na(I)-alginate 与0.1 M CaCl2 交联），隔离微藻与硅前驱体，保护细胞活性。
- 识别元件：三种微藻全细胞（Chlorella vulgaris CV、Pseudokirchneriella subcapitata PS、Chlamydomonas reinhardtii CR），其光系统II（PSII）作为除草剂生物受体。
- 信号标记物：内源叶绿素（chlorophyll），无外加荧光标记，469 nm激发、682 nm发射荧光作为信号。
- 样品池/成型模具：96孔板或亚克力模具（96-well plate/acrylic molds），用于形成固定化微藻层并接触样品。
- 读出部件：荧光分光光度计/荧光计（Fluostar, BMG），测量荧光增强；文中提及可接触光学纤维（optical fibers）用于检测。
中文摘要
本文设计了一种用于评估水环境质量的新型生物传感器。以小球藻（Chlorella vulgaris）、伪克氏藻（Pseudokirchneriella subcapitata）和衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）三种微藻作为毒性生物指示剂，采用两步法将其固定化于藻酸盐和二氧化硅水凝胶中。在研究包埋细胞生长速率后，测定了微藻暴露于3-(3,4-二氯苯基)-1,1-二甲基脲（DCMU）及不同浓度常见除草剂莠去津（atrazine）后的叶绿素荧光。微藻对除草剂非常敏感，荧光增强检测效率很高。最佳检出限为0.1 µM，由衣藻在暴露40 min后获得。该传感器以固定化微藻作为生物识别元件，通过叶绿素荧光增强反映水体中除草剂的毒性。
英文摘要
A new biosensor was designed for the assessment of aquatic environment quality. Three microalgae were used as toxicity bioindicators: Chlorella vulgaris, Pseudokirchneriella subcapitata and Chlamydomonas reinhardtii. These microalgae were immobilized in alginate and silica hydrogels in a two step procedure. After studying the growth rate of entrapped cells, chlorophyll fluorescence was measured after exposure to (3-(3,4-dichlorophenyl)-1,1-dimethylurea) (DCMU) and various concentrations of the common herbicide atrazine. Microalgae are very sensitive to herbicides and detection of fluorescence enhancement with very good efficiency was realized. The best detection limit was 0.1 µM, obtained with the strain C. reinhardtii after 40 minutes of exposure.