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
毒死蜱（chlorpyrifos，实验以其氧类似物CPO表征）、氯氰菊酯（chlorfenvinfos, CFV）；样品基质：磷酸盐缓冲液（模拟水样）
检测原理
传感器以丝网印刷碳糊工作电极为换能器，AWP光聚合层包埋B394乙酰胆碱酯酶和PTE磷酸三酯酶。检测时加入底物乙酰硫代胆碱ATCh，B394将其水解为硫胆碱；钴酞菁作为电子媒介促进硫胆碱在+100 mV下氧化，产生安培电流。有机磷农药抑制B394活性，使电流下降。PTE可水解毒死蜱氧类似物CPO，降低其对B394的抑制，因此双酶传感器对CPO响应减弱；氯氰菊酯CFV与PTE高亲和但几乎不水解，竞争占据PTE，阻止CPO水解，使CPO保留并抑制B394，导致抑制增强。通过比较单酶与双酶抑制率可区分CPO和CFV。
检测灵敏度
LOD(I10): CPO 0 U PTE 8.6×10^-11 M；CPO 0.14 U PTE 1.0×10^-9 M；CPO 0.85 U PTE 5.3×10^-8 M；CFV 1.4×10^-10 M。工作范围(I0–I100): CPO 0 U 5.8×10^-11–3.0×10^-9 M；CPO 0.14 U 7.5×10^-10–2.0×10^-7 M；CPO 0.85 U 3.2×10^-8–4.1×10^-6 M；CFV 7.7×10^-11–3.3×10^-8 M。方程: CPO 0 U I=25.085 ln(C)+591.3；CPO 0.14 U I=17.928 ln(C)+376.6；CPO 0.85 U I=19.501 ln(C)+336.8；CFV I=16.487 ln(C)+383.8。
效应效果
该双酶传感器在至少10次连续测量中保持稳定，AWP包埋制备的电极重现性良好，最大信号变异为5%；5个电极对1 mM ATCh的平均响应为290±15 nA。选择性方面，PTE可快速水解CPO，使双酶传感器对CPO的抑制显著降低；CFV不被PTE水解且竞争抑制PTE，因此单酶与双酶对CFV的响应相同。对3×10^-8 M CPO，无CFV时抑制率为0%，加入1.4×10^-10 M CFV时升至30%，加入2×10^-9 M CFV时达95%。作者认为将B394单酶传感器与B394+PTE双酶传感器联用，可区分CPO与CFV，并扩展可测浓度范围，适用于现场快速筛查。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：透明PVC片为印刷支撑，丝网印刷三电极；工作电极为碳糊电极（Electrodag PE-410/423SS/6037SS，含钴酞菁修饰碳糊），用于电催化氧化硫胆碱。
- 固定/修饰层：聚乙烯醇基光聚合材料AWP（azide-unit pendant water-soluble photopolymer）与酶液按70:30(v/v)混合后涂覆于工作电极，经氖光聚合，物理包埋酶。
- 识别/催化元件：基因改造果蝇乙酰胆碱酯酶B394（AChE）作为有机磷抑制识别元件；磷酸三酯酶PTE（OPH）作为水解/鉴别元件。
- 底物/信号前体：乙酰硫代胆碱氯化物（ATCh）加入反应液，被B394水解生成硫胆碱。
- 电子媒介：钴酞菁（cobalt-phthalocyanine）修饰碳糊，介导硫胆碱氧化并传递电子。
- 参比/辅助电极：Ag/AgCl伪参比电极和辅助电极，用于恒电位安培测量。
中文摘要
本研究展示将基因改造果蝇乙酰胆碱酯酶B394的高灵敏度与磷酸三酯酶PTE水解有机磷化合物的能力相结合，以开发对两种重要有机磷杀虫剂毒死蜱和氯氰菊酯具有选择性的生物传感器。研究通过动力学分析表明，氯氰菊酯是PTE的高亲和底物，但水解速率极低，因而作为竞争性抑制剂阻止PTE水解其他农药，包括毒死蜱。作者将B394和PTE共同包埋于聚乙烯醇基光聚合基质AWP中，构建双酶安培传感器。该传感器能够区分毒死蜱与氯氰菊酯的抑制作用，并通过比较单酶B394传感器与双酶B394+PTE传感器的响应差异实现两种农药的鉴别，为有机磷农药的选择性现场检测提供了互补工具。
英文摘要
This work shows the possibility of combining the high sensitivity of genetically-modified Drosophila melanogaster acetylcholinesterase (B394) with the ability of phosphotriesterase (PTE) to hydrolyse organophosphate compounds, in the aim of developing a biosensor selective to two insecticides of interest: chlorpyrifos and chlorfenvinfos. The studies clearly demonstrate that chlorfenvinfos is a substrate that acts as competitive inhibitor of PTE, therefore preventing the efficient hydrolysis of other pesticides, including chlorpyrifos. A bi-enzymatic sensor was designed by immobilizing both B394 and PTE in a polyvinylalcohol matrix. The sensor was shown to be able to discriminate between chlorpyrifos and chlorfenvinfos inhibitions.