快速检测敌百虫浓度传感器酶电极的研究

　　0　引　言

　　敌百虫(metriphonate)是一种低毒广谱性有机磷类杀虫剂, [O, O-二甲基-(2, 2, 2-三氯-1-羟基乙基)膦酸酯][1]在农业上主要用于蔬菜、果树、谷物、棉花等作物的害虫防治,同时,它还可以作为家畜体内外寄生虫的杀虫药。在我国,由于剧毒有机磷农药被限制生产和使用,作为它们的替代品,敌百虫的使用量正逐年增加。虽然其属于低毒类杀虫剂,但敌百虫导致人类中毒以及其慢性毒性作用已有报道,超量使用容易发生急性中毒,长期食用会形成慢性中毒,直至致癌、致畸。目前,对敌百虫的检测方法国内外通常采用色谱法,但这种方法具有仪器复杂、操作繁琐、检测时间长、成本高等缺点[2],因此,难以满足快速检测的需要,而采用生物传感器可在很大程度上解决这一问题。

　　1　检测原理

　　本文用凝胶固定法即以明胶为载体,采用包埋法用戊二醛作交联剂,将实验所需生物敏感材料固定到自制电极上,利用过氧化氢电极检测敌百虫浓度。反应原理如下[3]:

　　乙酰胆碱(Ach)在乙酰胆碱酯酶AchE(acetyl cholines2terase)的催化下可以分解为乙酸和胆碱:

　　胆碱(Ch)进一步在胆碱氧化酶ChOx(choline oxidase)的催化作用下,分解为甜菜酸和过氧化氢:

　　利用敌百虫对乙酰胆碱酯酶的抑制作用,通过过氧化氢电极输出的电流变化进行检测。

　　由于电流型生物传感器是通过H2O2的氧化产生电流,所以,此传感器的检测性能主要依赖于乙酰胆碱酯酶和胆碱氧化酶的相对催化活性。一般情况下,由于乙酰胆碱酯酶具有不稳定性的特点[4],所以,在实验中,将其活力单位比例增大。

　　2　实　验

　　2.1　电极的制备

　　丝网印刷技术制作电化学传感器的换能元件是目前制备一次性使用生物传感器电极的主要方法。丝网印刷电极以丝网印版作模具,所制作传感器电极的大小和形状可以改变,易微型化和集成化[5]。其主要过程为:取一块38mm×14mm的丝网印刷片,在其表面分别印刷两条导电金轨,其中,一条金轨的一端印刷一个呈圆形的金片,最后,将不需要暴露的部分用绝缘材料封闭[6],为工作电极,另一条为对电极,如图1所示。

　　2.2　酶膜的固定化

　　依次用0. 5μm和0. 3μm的Al2O3粉末将金电极抛光,再用50%的HNO3进行处理,最后,分别用丙酮和二次蒸馏水充分冲洗3次[7]。将一定配比(体积分数为1 /8)的AchE和ChOx加入温度为35℃,体积分数为5%的明胶, pH值为7. 0, 0. 02mol/L PBS(磷酸盐缓冲液)中,搅拌均匀。取10μL上述混合液滴加到方形金电极表面,均匀的涂成酶膜,在室温下干燥。干燥后,用2%戊二醛,pH值为7. 0, 0. 02mol/L PBS溶液交联10min。然后,用PBS溶液洗去多余的戊二醛。将制成的酶电极置于4℃下冰箱中,保存24 h后使用。