乙酰胆碱酯酶(Acetylcholinesterase, AChE)是一种主要存在于人类和动物中枢神经系统的乙酰胆碱水解酶,其基本功能为催化水解神经递质-乙酰胆碱(Acetylcholine, ACh)导致神经冲动传递的终止,从而维持胆碱能神经的正常生理功能。医学上的神经系统疾病,例如老年痴呆症和帕金森病等多与人体内乙酰胆碱酯酶功能受到影响有关。有机磷农药(Organophosphorus pesticides, OPs)与AChE结合会形成磷酰化ChE,磷酰化ChE很稳定,使酶失去催化水解ACh的能力并逐渐老化,造成ACh在体内的积累,最终导致胆碱能神经先兴奋后抑制。高含量的OPs可导致惊厥、呼吸困难、心律不齐、缺氧等急性中毒症状,低含量的OPs亦可经长期慢性毒害导致心脏、肝脏、肾和其他器官的损害。乙酰胆碱酯酶生物传感技术具有灵敏度高、分析速度快、成本低、能在复杂体系中进行在线连续监测等优点。近年来,乙酰胆碱酯酶生物传感器已成为有关AChE及相关物质检测研究最活跃的领域之一,建立新型的、有效的乙酰胆碱酯酶生物传感分析技术对于健康、食品、环境监测等仍然是一个热门而有意义的研究课题。本论文围绕开发易于操作、价格低廉和高灵敏信号转换的AChE生物传感方法开展了一些研究工作,主要内容如下：(1)基于尼罗红吸附纳米金的AChE荧光法检测有机磷。纳米金由于具有消光系数大、吸收光谱宽等优良的光学性质,常被用作为荧光共振能量转移(FRET)的受体,是一种理想的荧光淬灭剂。第2章中将荧光物质尼罗红非共价吸附在纳米金的表面,利用纳米金有效淬灭尼罗红的荧光,形成一个低背景的荧光信号。当存在AChE催化体系时,AChE催化底物硫代乙酰胆碱水解生成硫代胆碱,后者可与尼罗红竞争结合纳米金形成强的Au-S键,促使尼罗红从纳米金表面解吸附,并且产生一种比尼罗红荧光更强的新荧光产物,体系荧光大大增强。当存在有机磷时,AChE的活性被抑制,水解产物硫代胆碱减少,最终解吸附下的尼罗红产物——新荧光物质相应地减少。利用纳米金淬灭荧光的独特光学性质,成功构建了一种简单、易操作、高灵敏的AChE荧光检测方法。(2)信号增强型的AChE荧光法高灵敏分析检测有机磷。信号增强型分析法是从低的背景信号开始,加入少量的待测物便能形成可检测信号,这使其具有更高的信噪比(signal-to-noise)从而具有更高的检测灵敏度。在第3章中将方酸类染料能特异性识别巯基物质的特性引入到AChE分析体系中,AChE催化底物硫代乙酰胆碱水解生成硫代胆碱,其进一步特异性地亲核取代方酸类染料,淬灭方酸染料的荧光,生成很低的荧光背景。当有机磷抑制AChE的催化水解反应,水解产物硫代胆碱明显地降低,方酸类染料得以保留。方酸类染料的保留值与有机磷的浓度成正比例增加。基于方酸类染料能特异性识别AChE催化产物硫代胆碱的特性,结合荧光信号增强分析法的优点,构建了一种简单、快速、高灵敏的荧光法分析检测AChE抑制剂——对氧磷,检测限为5pgmL-1。该方法是成功构建的基于信号增强型的荧光法检测AChE抑制剂。(3)连续信号放大的AChE电化学检测有机磷。纳米金颗粒能催化金属离子还原形成复合物或者核壳结构,提高分析检测的灵敏度。在第4章中利用纳米金催化金属沉积实现信号放大策略,发展了AChE电化学法检测有机磷。研究发现,在无纳米金种子条件下,AChE的催化水解产物——硫代胆碱能还原AuCl4生成纳米金并沉积于电极上,纳米金进一步催化铜离子还原在金核表面生成大量的纳米铜,最后采用溶出伏安法检测生成的纳米铜,增强电化学检测的响应信号。有机磷抑制AChE的活性,水解产物硫代胆碱减少,进而还原生成纳米金量减少,最终纳米金催化铜增强的量减少,电化学溶出伏安法检测响应信号减小,从而实现对有机磷的高灵敏检测,其检测限可低至0.02ngmL-1。(4)基于纳米金沉积信号放大的AChE液晶生物传感器检测乙酰胆碱和有机磷。基于纳米颗粒增强扰乱液晶分子的有序排列,增强偏光显微镜的光学信号,实现高灵敏液晶生物传感分析检测。在第5章中将AChE催化调节纳米金生成的现象引入到液晶生物传感检测技术中,低浓度的AChE分子不会扰乱液晶分子的有序排列,而AChE催化调节生成纳米金颗粒后,可极大地扰乱液晶分子的有序排列,显著改变液晶的偏光效应。底物乙酰胆碱和硫代乙酰胆碱与AChE竞争地结合,调控硫代胆碱产物的量,进而调控还原生成纳米金颗粒的量,实现AChE液晶生物传感器对乙酰胆碱的检测,检测限可达15μM。有机磷——马拉硫磷抑制AChE催化水解硫代乙酰胆碱,从而导致还原生成的纳米金颗粒数量减少,对液晶有序性的扰乱程度减弱,偏光响应效果也相应减弱,从而实现对有机磷的直观而高灵敏的检测,检测限可达0.1ngmL-1。(5)基于活化率差异的AChE液晶生物传感器区别检测有机磷。第6章的研究工作针对目前的AChE生物传感技术对有机磷检测无选择性的缺点,基于同种复活剂对不同有机磷抑制的酶复活率不同并结合第5章的工作,尝试发展一种区别检测AChE抑制剂的新型AChE液晶生物传感方法。在该检测体系中,三种不同有机磷(甲胺磷、敌百虫和对氧磷)抑制的AChE经过同种复活剂活化后,AChE的活性得到不同程度的恢复,从而催化水解硫代乙酰胆碱产生硫代胆碱的量不同,还原生成纳米金颗粒的数量不同,导致对液晶有序性的扰乱度也不同,偏光响应信号呈现相应的差异,最终实现区别检测有机磷。该方法将液晶传感技术用于有机磷区别检测,具有简单、直观和快速的特点。