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（organophosphorus pesticides, OPs），包括对氧磷（paraoxon）、敌敌畏（dichlorvos）、氯吡若辛乙氧基（chlorpyriphos-ethyl-oxon）；样品基质：0.2 M磷酸盐缓冲液（pH 7.0）
检测原理
该传感器以AChE为识别/催化元件。在0.2 M磷酸盐缓冲液（pH 7.0）中，AChE催化乙酰硫胆碱（ATCH）水解生成硫胆碱（TCH）和乙酸；TCH在+210 mV工作电位下发生阳极氧化，产生与酶活性成正比的安培电流。当样品中存在有机磷农药时，农药与AChE活性位点结合并抑制其催化活性；经过10 min孵育后，酶促反应速率下降，TCH生成量减少，阳极电流随之降低。因此，电流抑制程度可反映农药浓度。氧化铝溶胶-凝胶为酶提供多孔微环境，有利于底物和农药进入酶活性位点；第二型PEG或Nafion膜则形成扩散屏障，限制传质并影响灵敏度。该体系无额外信号放大，主要依靠酶催化和孵育时间提高检测灵敏度。
检测灵敏度
LOD: 2.5 × 10−10 M (chlorpyriphos-ethyl-oxon, 10-min incubation)；LOD: 5.0 × 10−10 M (dichlorvos)；LOD: 7.5 × 10−9 M (paraoxon)
效应效果
1 mM乙酰硫胆碱下信号为2.02 μA，同批电极标准偏差1.4%（n=11）。4 ℃保存时，20次测试后保留98%初始电流；间歇使用50天后保留50%，可完成100次以上测试。EIS显示AChE/Al2O3/声凝胶碳电极Rct为38 kΩ cm2、Cd为41.8 μF cm−2，优于未修饰电极的50 kΩ cm2和6 μF cm−2。三种农药中氯吡若辛乙氧基抑制最强；PEG/Nafion膜因扩散限制使灵敏度低于氧化铝溶胶-凝胶型。作者认为其性能与文献AChE丝网印刷电极相当或更优，可用于有机磷农药监测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：声凝胶碳电极（sonogel-carbon electrode），由石墨粉经高能超声凝胶化形成，提供导电基底与电化学界面。
- 识别/催化元件：乙酰胆碱酯酶（AChE），催化乙酰硫胆碱（ATCH）水解生成硫胆碱（TCH）。
- 包埋层：氧化铝溶胶-凝胶（Al2O3 sol–gel），将AChE包埋其中，维持酶活性并降低失活。
- 三明治修饰层：聚乙二醇（PEG）或Nafion膜，覆盖在吸附的AChE层上，调节底物/抑制剂扩散。
- 底物/信号前体：乙酰硫胆碱（ATCH），在AChE催化下生成TCH。
- 信号读出物：硫胆碱（TCH），在+210 mV发生阳极氧化，产生与酶活性成正比的电流。
中文摘要
本文报道了两种新型安培生物传感器，其核心是将乙酰胆碱酯酶（AChE）固定于声凝胶碳电极上，用于有机磷化合物的检测。电极制备过程中，将高能超声直接施加于前驱体，以形成声凝胶碳基底。第一种传感器通过将AChE简单包埋于声凝胶碳表面的氧化铝（Al2O3）溶胶-凝胶基质中获得；第二种传感器采用三明治结构，先使AChE吸附在电极表面，再用聚乙二醇（PEG）或Nafion等聚合物膜进行修饰。研究确定最优酶载量为0.7 mIU。两种传感器均在0.2 M磷酸盐缓冲液（pH 7.0）中、工作电位210 mV下表现出最佳活性。在10 min孵育条件下，对氯吡若辛乙氧基（chlorpyriphos-ethyl-oxon）的检出限达到2.5×10−10 M。
英文摘要
Two new amperometric biosensors based on immobilization of acetylcholinesterase on a sonogel-carbon electrode for detection of organophosphorous compounds are proposed. The electrodes were prepared applying high-energy ultrasounds directly to the precursors. The first biosensor was obtained by simple entrapping acetylcholinesterase in Al(2)O(3) sol-gel matrix on the sonogel-carbon. The second biosensor was produced in a sandwich configuration. Its preparation involved adsorption of the enzyme and modification via a polymeric membrane such as polyethylene glycol and the ion-exchanger Nafion. The optimal enzyme loading was found to be 0.7 mIU. Both biosensors showed optimal activity in 0.2 M phosphate buffer, pH 7.0, at an operating potential of 210 mV. The detection limit achieved for chlorpyriphos-ethyl-oxon was 2.5x10(-10)M at a 10-min incubation time.