生物传感器在有机磷农药检测中的应用

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/ g9 W$ G& z$ s$ v; i+ O摘要：采用生物传感器、ARM单片机结合微弱信号检测技术的方式，设计了基于酶电极的有机
磷农药检测系统。该系统可以检测被测溶液中有机磷农药的残留量。通过RS232与上位机进行
: Z5 \, Z2 G. f7 N通讯，上位机对接收到的数据进行存储、分析，并绘制出相应的图形。

' p: Q6 c5 @, z$ Z+ w6 S+ n1 h0引言
生物传感器就是由固定化的生物材料(酶、抗
! ~9 R5 ~0 U( g  ?9 s体、微生物等生物活性物质)与适当的转换器件密
切接触而构成的分析系统。它利用生物活性物质的
+ r7 s: g9 j1 p( y- D9 d3 h亲和性，如酶一底物、酶一辅基等的分子识别功能，
可以有选择地测量另一方。生物传感器按不同分子
识别元件可分为酶传感器、免疫传感器、DNA生物
传感器等。转换器件可将生化信号转换成定量的物
理信号如电、光等，从而实现对特定底物的快速检
测⋯。生物传感器按不同的转换器分为电化学生
) _* J/ e2 j+ w. }1 o6 W, X物传感器、光学生物传感器、热敏电阻生物传感器、
压电晶体生物传感器等。酶传感器是生物传感器的
, a; ~5 Y& i6 r7 h3 v主要部分。生物传感器又是一个多学科交叉的高技
& V: Y" m5 s. ^3 S术领域。
由于生物传感器中的敏感材料来源于生物体，
9 J5 |$ |3 ?$ x8 O是一种高效简洁的有机磷残留检测技术。酶传感器
是生物传感器的一个类别，而酶电极是酶传感器的
1 C% ]) Q- V+ }. y一种，它是应用固定化酶作为酶元件的电化学传感
1 p8 w( b- n4 G3 m4 {7 S5 g/ U
器，由固定化酶与电化学电极组合而成，因而具有酶
的分子识别和选择催化功能，又有电化学电极响应
: X% c! Q+ N4 J快，操作简便的特点，能快速测定试液中某一化合物
4 w# Q1 H# n- h6 S的浓度。电流型有机磷农药酶传感器利用酶催化反
应的放大效应，具有高灵敏度。
1检测原理
生物传感器中的一种——酶电极是酶抑制原理
4 q* n% O4 S" Q( X  K2 k1 }6 v/ A的一种典型应用。酶抑制原理主要是底物在酶催化
& P, q/ U( t" |- S1 p8 F* d5 x下水解，生成具有电化学特性的基团，该基团在电极
上发生氧化还原反应，产生电流信号。加入有机磷
0 g) y+ V4 h; {: S) B农药后，酶的活性被抑制，使信号电流减小。通过比
较酶抑制前后的电信号大小，对有机磷农药进行定
量测定。酶抑制法是利用有机鳞与氨基甲酸酯类农
0 K, b$ J  E* ?) h; l药可特异性的抑制昆虫中枢和周围神经系统中乙酰
胆碱脂酶(Ache)的活性，破坏神经的正常传导，使
昆虫致死这一毒学原理【2 J。将乙酰胆碱脂酶与样
6 h1 G4 |2 a/ n0 G2 A0 P品反应，根据乙酰胆碱脂酶活性受到抑制的情况，可
! c( o! v/ i% W( V以判断出样品中含有有机磷农药的情况。乙酰胆碱
(Ach)在乙酰胆碱酯酶Ache(acetyl cholinesterase)
! k9 j6 p6 R. t; p$ T. W的催化下可以分解为乙酸和胆碱。
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单片机可以对酶电极的有机磷农药进行检测，厉害了我的国