建大新闻网讯 近日，我校化学与化工学院周元臻教授团队师资博士后问少华在环境中有机磷农药分析方面取得重要进展。研究成果“Complementary Homogeneous Electrochemical and Photothermal Dual-modal Sensor for Highly Sensitive Detection of Organophosphorus Pesticides via Stimuli-Responsive COF/Methylene Blue@MnO2Composite（基于刺激响应性COF/MB@MnO2复合物的互补均相电化学和光热双模式传感器用于有机磷农药的高灵敏检测）”以全文形式在分析化学领域国际权威期刊《Analytical Chemistry》（分析化学）上发表。本文第一作者是问少华博士，通讯作者是周元臻教授，西安建筑科技大学为论文的第一完成单位。该研究工作得到了国家自然科学基金青年项目和面上项目的资助支持。
农药的滥用会造成严重的水体、土壤等环境污染，此外农药的残留会引起食物安全问题而影响人类健康。因此，开发高效和灵敏的农药现场检测方法是分析化学和环境科学等多学科领域的研究重点。基于生物酶的酶联免疫吸附分析和生物传感方法通常需要对生物分子进行固定修饰，易引起其生物活性失活，导致传感器稳定性较差。目前生物传感分析法主要以单一输出信号为检测模式，容易受到真实样品中复杂成分干扰而造成假阳信号。因而开发简便、高效的多模式传感方法有利于提高真实样品环境中有机磷农药的可靠、现场检测。
原理示意图：(A) COF/MB@MnO2复合材料的制备；(B) 通过刺激响应调节的互补均相电化学和光热双模传感器OP检测的机理示意图。
该研究工作针对复杂真实样品中有机磷农药(OPs)的高选择性、简便可靠检测进行双模式传感器的设计构建。首先，在乙酸催化下，通过亚胺连接反应制备得到介孔COF纳米球；再通过信号分子亚甲基蓝(MB)的孔内填充和识别涂层MnO2纳米片的原位生长，利用逐步组装法合成了COF基复合物(COF/MB@MnO2)。通过条件优化和系列表征探究了所得复合物具有高信号分子负载量、目标特异性识别单元和稳健模拟氧化酶活性等多种功能。其次，基于COF/MB@MnO2复合物为探针与乙酰胆碱酯酶(AChE)抑制反应相结合构建了OPs均相电化学和光热双模式传感器。由于表面MnO2涂层既可以被AChE的水解产物硫代胆碱(TCh)还原而分解，同时释放出大量的MB信号分子，导致明显增强的电化学响应信号；未反应的MnO2能有效催化TMB生成有强吸收的氧化态TMB(oxTMB)，在808 nm激光灯照射下可检测其转换的温度响应信号。基于MB的扩散电流和oxTMB的光热转换效应，当系列浓度OPs对AChE进行特异性抑制后，通过MB电流信号的逐步减弱和oxTMB光热转换信号的逐步增强实现了对农药毒死蜱的电化学和光热互补双模式定量检测。结果表明，该电化学/光热双模式传感器具有较宽的线性范围0.5 ~ 200 ng/mL和5 ~ 5000 ng/mL，检测限分别低至0.0632 ng/mL和0.108 ng/mL，远低于国家对果蔬中农药的检测限(10 ng/mL)。此外，该双模式传感器对环境和食品样品中共存物质具有良好抗干扰性，而且对OPs和非有机磷农药具有优异的选择性，适用于不同真实样品中OPs的选择性识别和可靠检测。
该双模式传感方法创新性地使用独立的电化学信号和光热信号作为目标响应信号，可实现对同一目标农药的互补验证分析，在复杂环境和食品样品中的现场检测中具有一定应用潜力。此外，该工作拓展了多功能COF基复合材料在有机磷农药检测方面的应用，为环境监测保护和食品安全分析做出了积极贡献，也为探索功能COF基复合材料的设计及分析传感新方法的开发提供了新思路。
《Analytical Chemistry》是全球自然指数（Nature Index）期刊之一，是国际公认的分析化学领域权威学术期刊。该期刊收录文章涉及的领域包括但不限于：化学分析、环境科学、食品分析、样品处理、仪器装置、生物分析化学、生物工程、法医学和医学等，致力于传播分析化学各分支学科具有新颖性和原创性的学术论文。2023年影响因子为7.4，属于SCI一区以及中科院一区期刊，是化学领域TOP期刊。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.3c02171
