组成图示
示意图生成中
传感器类型
表面等离子共振(SPR)生物传感器
检测对象
DDT（滴滴涕，DDT）、氯吡磷（chlorpyrifos）、克百威（carbaryl）；样品基质：蒸馏水加标、地下水、河水、自来水
检测原理
该传感器采用无标记竞争性 SPR 免疫抑制检测。首先用 MUA 在金表面形成 SAM，经 EDC/NHS 活化后共价固定 BSA-半抗原偶联物。样品中的目标农药与固定量单克隆抗体预孵育，农药占据抗体结合位点；随后混合液流过传感器，未被占据的抗体与表面 BSA-半抗原结合，形成免疫复合物。结合质量增加使金膜界面折射率升高，改变 SPR 共振条件，反射光强度下降。农药浓度越高，抗体被占据越多，表面结合越少，SPR 信号越低，呈反向响应。标准曲线按四参数 logistic 方程拟合，无酶或荧光放大，直接实时监测。
检测灵敏度
LOD: DDT 20 ng L−1（0.02 µg L−1，10% inhibition；3SD blank 0.07 µg L−1）；chlorpyrifos 50 ng L−1（0.05 µg L−1，10% inhibition；3SD blank 0.06 µg L−1）；carbaryl 0.9 µg L−1（10% inhibition；3SD blank 0.1 µg L−1）；线性范围: DDT 0.06–1.76 µg L−1；chlorpyrifos 0.23–49.1 µg L−1；carbaryl 1.64–14.7 µg L−1；I50: DDT 0.26 µg L−1；chlorpyrifos 1.95 µg L−1；carbaryl 4.36 µg L−1
效应效果
传感器表面选择性良好，非相关抗体和农药不产生信号，SAM 可避免非特异结合。重现性 RSD 为 DDT 3.52%、chlorpyrifos 6.88%、carbaryl 2.95%。表面经 250 次再生循环和 1 个月连续工作保持稳定。克百威在地下水、河水和自来水中的 I50 为 3.97–4.66 µg/L，LOD 为 0.86–1.35 µg/L，未见明显基质效应，可直接检测；未报告加标回收率。DDT 灵敏度优于比色 ELISA，与化学发光 ELISA 相当；chlorpyrifos 略优于 ELISA；carbaryl 仍需优化。完整周期 24 min，双样 12 min，适合现场快速筛查。
传感器的构成
- 基底/换能器：玻璃片（glass slide）热蒸发镀 2 nm Cr 和 50 nm Au，作为 SPR 换能表面
- 自组装修饰层：巯基十一烷酸（mercaptoundecanoic acid, MUA）在 Au 表面形成 Au–S 自组装单分子层（SAM），提供羧基
- 共价活化层：EDC 和 NHS 活化 MUA 羧基，形成 NHS 酯，用于非变性共价偶联
- 固定捕获层：BSA-DDT5、BSA-CN4C 或 BSA-CNH 半抗原-载体偶联物（10 µg/mL）共价固定于表面
- 识别元件：单克隆抗体（MAb）LIB-DDT5-25、LIB-PO 或 LIB-CNH45，在样品中与目标农药竞争结合
- 封闭剂：乙醇胺（ethanolamine, 1 M, pH 8.5）封闭未反应 NHS 酯和非共价结合物
- 再生剂：0.1 M HCl（DDT、carbaryl）或 0.2 M NaOH（chlorpyrifos）解离免疫复合物，实现表面再生
- 信号标记物：无标记，SPR 直接监测界面质量/折射率变化
中文摘要
本文报道了一种便携式表面等离子共振（SPR）光学免疫传感器，用于直接检测天然水样中的有机污染物。该装置基于 Kretschmann 构型，通过监测金膜界面附近介质折射率变化来识别分析物与识别元件的结合。研究采用竞争性免疫抑制格式，将 DDT、氯吡磷和克百威的半抗原-BSA 偶联物经烷硫醇自组装单分子层共价固定于传感器表面，样品中的单克隆抗体先与目标农药竞争结合，再与表面偶联物结合。DDT、氯吡磷和克百威的检出限分别为 20 ng/L、50 ng/L 和 0.9 µg/L，可满足欧洲法规限值监测。克百威在不同水型中的基质效应较小，检测限为 0.86–1.35 µg/L。传感器表面经 250 次再生循环仍保持稳定，连续工作 1 个月，完整分析周期 24 min。该便携式 SPR 系统已商业化，适用于现场污染点快速筛查。
英文摘要
A portable surface plasmon resonance (SPR) optical biosensor device is described as a direct immunosensing system to determine organic pollutants in natural water samples. Monitoring of organochlorine (DDT), organophosphorus (chlorpyrifos) and carbamate (carbaryl) compounds within the concentration levels stipulated by the European legislation, can be accomplished using this immunosensor. The lowest limit of detection (LOD) was obtained for DDT, at 20 ng L(-1), whilst 50 ng L(-1) and 0.9 microg L(-1), were achieved for chlorpyrifos and carbaryl, respectively. Matrix effects were evaluated for the carbaryl immunoassay in different water types with detection limits within the range of carbaryl standard curves in distilled water (0.9-1.4 microg L(-1)). The covalent immobilization of the analyte derivative through an alkanethiol self-assembled monolayer (SAM) allowed the reusability of the sensor surface during more than 250 regeneration cycles. The quality of the regeneration was proved over a 1-month period of continuous working. The analysis time for a complete assay cycle, including regeneration, comprises 24 min. Our portable SPR-sensor system is already a market product, commercialized by the company SENSIA, SL. The size and electronic configuration of the device allow its portability and utilization on real contaminated locations.