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
甲醛（formaldehyde），磷酸盐缓冲液（pH 7.4，模拟水样）
检测原理
固定化微藻作为生物识别单元，在红光LED照射下进行光合作用，将水氧化并释放氧气。释放的氧气扩散至ITO工作电极表面，在-0.7 V vs Ag/AgCl电位下发生电化学还原，产生阴极电流；电流大小反映该通道藻类的总光合活性。当样品中存在甲醛等毒素时，毒素抑制藻类光合作用，产氧量下降，氧还原电流随之降低。由于不同藻种对同一毒素的敏感性不同，阵列各通道呈现差异化的电流抑制模式，可用于毒素类型判别。LED阵列配合遮光片依次照射各通道，避免光泄漏造成的通道串扰，使单通道恒电位仪可顺序读取多通道信号。
检测灵敏度
原文未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或R^2。
效应效果
作者以四通道阵列验证性能。三个小球藻通道加一个空白通道测试中，无遮光片时照射空白通道仍产生约藻通道70%的电流，说明LED光泄漏造成串扰；加装遮光片后空白通道无响应，表明遮光有效。四个相同小球藻通道在1至4通道同时照射时，峰电流几乎完全随通道数线性增加，说明通道独立且信号可叠加。三种藻通道加入10 mM甲醛后，小球藻峰电流由0.4 mA降至0.2 mA，假克氏藻和衣藻均由0.7 mA降至0.1 mA，显示小球藻对甲醛更耐受。论文未报告稳定性、重现性RSD、实际水样回收率或与ELISA/HPLC/qPCR的对比，但作者认为该低成本单电极阵列可用于多通道水毒性快速评估和毒素类型预测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：ITO玻璃透明电极（ITO），作为工作电极并传导氧还原电流。
- 表面预处理/疏水背景层：十八烷基三乙氧基硅烷（ODS），使ITO表面疏水（WCA约105°），形成非固定背景。
- 图案化修饰层：光催化光刻形成的亲水图案区（由Pt-TiO2掩膜诱导去除ODS），限定藻细胞固定位置。
- 固定/封闭层：聚-L-赖氨酸（PLL），涂覆于亲水区，辅助藻细胞附着并封闭非固定区。
- 识别元件：固定化微藻细胞（Chlorella vulgaris C-27、Pseudokirchnerilla subcapitata C-139、Chlamydomonas reinhardtii C-9），作为生物识别单元。
- 固定基质：海藻酸钠（sodium alginate）与氯化钙（CaCl2）形成的藻酸盐凝胶，包埋并固定藻细胞。
- 信号产生单元：藻类光合作用产生的氧气（O2），在电极表面还原产生阴极电流。
- 光学激发单元：红光LED阵列，依次照射各藻通道以激发光合作用。
中文摘要
本研究在单个透明电极上制备了藻类生物传感器阵列。以ITO玻璃为工作电极，先用十八烷基三乙氧基硅烷（ODS）处理形成疏水表面，再利用Pt-TiO2光催化光刻掩膜在紫外光下选择性去除ODS，形成亲水/疏水图案；随后在亲水区涂覆聚-L-赖氨酸（PLL），并将小球藻、假克氏藻和衣藻等微藻细胞与海藻酸钠混合后用CaCl2交联固定，形成多个独立藻细胞通道。检测时，将电极置于磷酸盐缓冲液中，以Ag/AgCl为参比电极、Pt丝为对电极，在-0.7 V下恒电位极化，并用红光LED阵列依次照射各通道。藻类在光照下进行光合作用产生氧气，氧气在电极表面发生还原反应，产生与光合活性成正比的阴极电流。通过比较不同藻种通道在毒素存在下的电流抑制模式，可快速评估水样毒性并初步区分毒素类型。该方法仅需单通道恒电位仪，具有结构简单、成本低、可扩展为多通道毒素传感阵列的优点。
英文摘要
An algal array was prepared on a single transparent electrode, and photosynthetic activity of each algal channel and its inhibition by a toxin were monitored with a single-channel potentiostat by successive light irradiation with a LED array.