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有机磷农药(OPs, organophosphorus pesticides)作为一种非常高效并且具有超耐久性的杀虫剂,已经在农业中广泛应用。然而,水、土壤和生态环境中的少量有机磷农药残留,都能够不可逆地抑制乙酰胆碱酯酶(AChE)的合成,引起乙酰胆碱在神经递质中大量积累,从而导致神经系统出现中毒症状,甚至死亡。因此,为了公共安全,检测环境样品中有机磷农药的浓度变得十分必要和紧迫。
通常来说,有机磷农药的主要传统检测方法包括,气相色谱—质谱法(GC-MS),表面增强拉曼散射法(SERS),高效液相色谱法(HPLC),化学发光技术以及电化学方法等。然而,这些方法通常较为昂贵、复杂、耗时,并且需要基于实验室的大型仪器,使得检测时间过长、灵敏度较低。因此,开发一种操作方便、灵敏高的新型传感器用于检测二嗪哝是非常有意义的。
光电化学(PEC, photoelectrochemical)适配体传感器(aptasensor)作为一种新兴的生物分析技术,因其具有快速响应、灵敏度高、背景较低、操作简单且检测原理简单等一系列突出的优势,受到了广泛关注。二维(2D)层状材料的广泛应用,例如石墨烯,石墨相氮化碳(g-C3N4)和二硫化钼(MoS2)等,对于构建PEC生物传感平台表现出很强的应用潜力。六方氮化硼(h-BN)作为具有类似石墨烯结构的二维n型半导体材料,在光催化,药物输送和生物成像方面具有广泛的应用。同时,h-BN具有良好的导电性、大比表面积和高电子迁移率、从而使得其具有优异的光电转换效率。
因此,本文构建了两种不同的h-BN基底的光电化学适配体传感器实现对有机磷农药的超灵敏检测过程。具体工作如下:
(1)一种具有优异光电转换效率的新型六方氮化硼基自供电光电化学适配体传感器用于超灵敏检测二嗪哝。这是六方氮化硼基材料在光电化学适配体领域的首次应用,在这里将硫掺杂的氮化硼与石墨相氮化碳复合,构建了一种Z型异质结。与此同时,负载的金纳米粒子具有等离子体共振效应,可以作为新的电子空穴对重组中心。电子转移机理被研究,并且通过电子自旋共振技术验证。这个光电化学适配体传感器用于检测二嗪哝,展现了一个较宽的线性范围(0.01-10000 nM)和较低的检测限(6.8 pM),并且具有超高的选择性和出色的稳定性。此外,构建的光电化学适配体传感器在三种不同实际样品中展现了良好的回收率。
(2)一种CuSQDs修饰的Co3O4多面体(CuS QDs/Co3O4 polyhedra)异质结,结合p-n半导体猝灭效应和模拟酶催化沉淀策略,用于激活低背景信号和超高灵敏度的未改性h-BN基底光电化学生物传感平台。本工作以ZIF-67十二面体为前驱体,制备了具有大比表面积、多孔结构的p型异质结CuSQDs/Co3O4polyhedra,作为多信号放大器用于构建h-BN生物传感平台用于毒死蜱检测。在该光电化学生物传感平台中,未改性的n型半导体h-BN作为光电极材料,而p型异质结CuSQDs/Co3O4polyhedra作为信号放大器驱动多重信号放大,从而激活h-BN基底光电化学生物传感平台。基于以上,构建的光电化学生物传感平台用于检测毒死蜱,表现出很宽的线性检测区域(1×10-1-1×107ngml-1)和极低的检测限(0.34 pg ml-1)。此外,在三种实际样品检测中,该传感器具有很好的回收率,证明具有很强的实际应用能力。
通常来说,有机磷农药的主要传统检测方法包括,气相色谱—质谱法(GC-MS),表面增强拉曼散射法(SERS),高效液相色谱法(HPLC),化学发光技术以及电化学方法等。然而,这些方法通常较为昂贵、复杂、耗时,并且需要基于实验室的大型仪器,使得检测时间过长、灵敏度较低。因此,开发一种操作方便、灵敏高的新型传感器用于检测二嗪哝是非常有意义的。
光电化学(PEC, photoelectrochemical)适配体传感器(aptasensor)作为一种新兴的生物分析技术,因其具有快速响应、灵敏度高、背景较低、操作简单且检测原理简单等一系列突出的优势,受到了广泛关注。二维(2D)层状材料的广泛应用,例如石墨烯,石墨相氮化碳(g-C3N4)和二硫化钼(MoS2)等,对于构建PEC生物传感平台表现出很强的应用潜力。六方氮化硼(h-BN)作为具有类似石墨烯结构的二维n型半导体材料,在光催化,药物输送和生物成像方面具有广泛的应用。同时,h-BN具有良好的导电性、大比表面积和高电子迁移率、从而使得其具有优异的光电转换效率。
因此,本文构建了两种不同的h-BN基底的光电化学适配体传感器实现对有机磷农药的超灵敏检测过程。具体工作如下:
(1)一种具有优异光电转换效率的新型六方氮化硼基自供电光电化学适配体传感器用于超灵敏检测二嗪哝。这是六方氮化硼基材料在光电化学适配体领域的首次应用,在这里将硫掺杂的氮化硼与石墨相氮化碳复合,构建了一种Z型异质结。与此同时,负载的金纳米粒子具有等离子体共振效应,可以作为新的电子空穴对重组中心。电子转移机理被研究,并且通过电子自旋共振技术验证。这个光电化学适配体传感器用于检测二嗪哝,展现了一个较宽的线性范围(0.01-10000 nM)和较低的检测限(6.8 pM),并且具有超高的选择性和出色的稳定性。此外,构建的光电化学适配体传感器在三种不同实际样品中展现了良好的回收率。
(2)一种CuSQDs修饰的Co3O4多面体(CuS QDs/Co3O4 polyhedra)异质结,结合p-n半导体猝灭效应和模拟酶催化沉淀策略,用于激活低背景信号和超高灵敏度的未改性h-BN基底光电化学生物传感平台。本工作以ZIF-67十二面体为前驱体,制备了具有大比表面积、多孔结构的p型异质结CuSQDs/Co3O4polyhedra,作为多信号放大器用于构建h-BN生物传感平台用于毒死蜱检测。在该光电化学生物传感平台中,未改性的n型半导体h-BN作为光电极材料,而p型异质结CuSQDs/Co3O4polyhedra作为信号放大器驱动多重信号放大,从而激活h-BN基底光电化学生物传感平台。基于以上,构建的光电化学生物传感平台用于检测毒死蜱,表现出很宽的线性检测区域(1×10-1-1×107ngml-1)和极低的检测限(0.34 pg ml-1)。此外,在三种实际样品检测中,该传感器具有很好的回收率,证明具有很强的实际应用能力。