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
甲基对硫磷（methyl parathion）、毒死蜱（chlorpyrifos）；样品基质为加标河水样品（river water samples）
检测原理
AChE 催化 AChCl 水解生成胆碱和乙酸，乙酸扩散至电极表面使局部 pH 降低。PANI 是 pH 敏感氧化还原导电聚合物，质子化后氧化还原活性增强，方波伏安净电流增大。有机磷农药与 AChE 活性位点丝氨酸羟基共价结合，抑制酶活性，减少乙酸生成，PANI 质子化程度下降，SWV 电流降低。在 1 mM AChCl 底物饱和条件下，电流下降主要反映酶-抑制剂相互作用，抑制率随农药浓度呈 S 形剂量响应，并用四参数 logistic 模型定量。ssDNA-SWCNT 垂直自组装提供高比表面积和快速电子传递，PANI 纳米结构作为质子收集天线放大 pH 响应。
检测灵敏度
LOD: 1 × 10−12 M；动态范围: 1.0 × 10−11–1.0 × 10−6 M (0.6 < SD < 3.5)；r^2 = 0.994
效应效果
该传感器对甲基对硫磷和毒死蜱的检出限均为 1×10^-12 M，低于欧盟等机构推荐的最大污染物水平。与 Au/PANI/AChE 和 Au/SWCNT/PANI/AChE 相比，Au/ssDNA-SWCNT/PANI/AChE 的电流响应最高，说明垂直 ssDNA-SWCNT 自组装层改善了电荷传递和酶负载。稳定性方面，4℃保存 5 天后响应保持约 86%；被农药抑制的 AChE 可用 1 mg/mL 氯解磷定再生，15 min 后恢复约 90% 原始活性，可重复使用。河水加标回收率为 87%–110%，SD 为 2.4%–5.7%（n=5）。无酶电极对 AChCl 无明显响应，表明信号主要来自酶反应。
传感器的构成
- 基底/工作电极：金盘电极（Au disk electrode，1.6 mm），提供导电基底并支撑 ssDNA-SWCNT 自组装。
- 自组装纳米修饰层：硫醇终止单链寡核苷酸（thiol-terminated ssDNA）包裹单壁碳纳米管（SWCNT）自组装单层（SAM），通过 Au-S 键垂直固定，提供导电通道和三维支撑。
- 导电聚合物信号层：聚苯胺（PANI）纳米薄膜，电化学聚合沉积，作为 pH 敏感氧化还原层和酶固定化基质。
- 交联固定层：戊二醛（glutaraldehyde，2% w/w），用于交联固定 AChE 并维持酶活性。
- 识别/催化元件：乙酰胆碱酯酶（AChE，EC 3.1.1.7），催化乙酰胆碱水解，受有机磷农药抑制。
- 封闭剂：牛血清白蛋白（BSA，0.01 mg/mL，0.1 M PBS），封闭非特异性结合位点。
- 酶反应底物：乙酰胆碱氯化物（AChCl，1 mM），水解产生乙酸并改变局部 pH。
- 酶再生剂：氯解磷定（pralidoxime chloride，1 mg/mL），用于恢复被有机磷抑制的 AChE 活性。
中文摘要
本文报道了一种用于检测蔬菜作物中常用有机磷杀虫剂甲基对硫磷和毒死蜱的电化学生物传感器。该传感器以金电极为基底，将硫醇终止单链寡核苷酸（ssDNA）包裹的单壁碳纳米管（SWCNT）自组装成垂直单层，再在其表面电化学沉积纳米聚苯胺（PANI）薄膜，用于固定乙酰胆碱酯酶（AChE）。检测的关键步骤是 AChE 催化乙酰胆碱水解，在电极表面附近引起局部 pH 的微小变化；PANI 作为 pH 敏感氧化还原层将这种变化转换为电化学信号。农药通过抑制 AChE 酶反应而被测定。甲基对硫磷和毒死蜱的动态范围为 1.0×10^-11 至 1.0×10^-6 M（0.6<SD<3.5），重现性和稳定性良好，两种农药的检出限均为 1×10^-12 M。该传感器已应用于加标河水样品中两种农药的测定。
英文摘要
An electrochemical biosensor for the determination of pesticides: methyl parathion and chlorpyrifos, two of the most commonly used organophosphorous insecticides in vegetable crops, is described. The self-assembled monolayers (SAMs) of single walled carbon nanotubes (SWCNT) wrapped by thiol terminated single strand oligonucleotide (ssDNA) on gold was utilized to prepare nano size polyaniline matrix for acetylcholinesterase (AChE) enzyme immobilization. The key step of this biosensor was AChE-acetylcholine enzymatic reaction which causes the small changes of local pH in the vicinity of an electrode surface. The pesticides were determined through inhibition of enzyme reaction. The dynamic range for the determination of methyl parathion and chlorpyrifos was found to be in between 1.0x10(-11) and 1.0x10(-6) M (0.6<SD<3.5) with good reproducibility and stability. The detection limit of the biosensor for both pesticides was found to be 1x10(-12) M. The biosensor has been applied for the determination of methyl parathion and chlorpyrifos in spiked river water samples.