随着有机磷农药（OP）在农业生产中的广泛使用，农药残留对于人类健康造成极大的威胁。因此，发展快速、低成本的农药检测方法刻不容缓。研究表明，被抑制的胆碱酯酶（OP-ChE）与OP中毒的严重性呈现良好的相关性，因而OP-ChE的含量可作为有机磷农药中毒后优良的生物标志物。通常OP-ChE的含量是通过正常人体内胆碱酯酶的平均值（ChE总）减去被抑制后剩余有活性的胆碱酯酶的含量（ChE活）。然而，个体内ChE的含量却不尽相同，并且该值会随着时间的变化而变化。因此，直接采用正常人体内ChE的平均值作为基准必然会造成一定的误差。如果能发展一种方法同时实现ChE总和ChE活的检测，便能更加准确地检测出OP的中毒情况。
华盛顿州立大学的杜丹教授研究组将免疫层析试纸条和智能手机相结合，发展了一种便携式的检测平台，实现了ChE总和ChE活的同时检测。其工作原理如图1所示，他们首先用两条透明的免疫层析试纸条分别检测ChE总和ChE活。ChE总采用具有类酶性质的PtPd NPs作为探针，利用探针催化底物产生颜色信号来定量反映目标物的含量。而ChE活 则直接通过Ellman反应产生的颜色信号得出。此外，该研究组利用3D打印技术，构建了一种基于智能手机背景光传感器的小设备（图C）来定量读取这些颜色信号，从而实现两种标志物的定量检测。
图一.（A）试纸条检测ChE总和ChE活的原理图；（B）PtPd NPs催化底物及Ellman反应的原理图；（C）基于智能手机背景光传感器的便携式小设备。
基于智能手机背景光传感器的小设备的构造原理如下：首先利用3D打印技术打印一个与智能手机配套的支架，支架里有一个小凹槽来放置试纸条，一节干电池和一个LED灯作为光源，一个电阻来调节光强度。在LED灯的正下方有一个小孔，正对着试纸条的检测线。打开电源开关，LED灯照射在透明试纸条的检测线上，检测线上的颜色越深，透过试纸条的光就越弱，手机背景光传感器上感应到的光强度就越弱。因此，手机APP上读取的光强度与目标物的含量成反比。
该方法的主要优点在于：（1）信号来源于两种酶催化反应，灵敏度高；（2）采用免疫层析试纸条和智能手机作为检测平台，分析速度快、成本低廉，可适用于在线检测。相关研究成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者为华盛顿州立大学的赵玉婷博士。
该论文作者为：Yuting Zhao, Mingming Yang, Qiangqiang Fu, Hui Ouyang, Wei Wen, Yang Song, Chengzhou Zhu, Yuehe Lin and Dan Du
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A Nanozyme- and Ambient Light-Based Smartphone Platform for Simultaneous Detection of Dual Biomarkers from Exposure to Organophosphorus Pesticides
Anal. Chem., 2018, 90, 7391, DOI: 10.1021/acs.analchem.8b00837
导师简介
杜丹，现任美国华盛顿州立大学研究教授；2005年获南京大学博士学位，同年8月进入华中师范大学化学学院工作，2006年1月破格晋升副教授，2011年晋升教授，2013年进入华盛顿州立大学工作；该研究组近几年定位于以环境监测、食品安全及生物医学诊断为目标的分析化学基础的研究，致力于发展高特异性、高灵敏度、简单快速、便携的集成化生物传感器与生物芯片；在Chemical Reviews、Chemical Society Reviews、Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Biomaterials、Analytical Chemistry等杂志上发表论文200余篇，引用近10000次，H-index为60，其中10余篇论文入选为ESI高被引论文。
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