近日,现代工学院魏辉教授课题组与中国农业大学郭红超教授团队合作,利用石墨烯基纳米酶构建传感器阵列,用于芳香类农药的检测。该成果以"Nanozyme Sensor Arrays Based on Heteroatom-Doped Graphene for Detecting Pesticides"为题,于近期发表于Analytical Chemistry杂志上(https://doi.org/10.1021/acs.analchem.9b05110)。论文发表后被Chemistryviews.org网站以 "Colorimetric Nanozyme Sensors for Detecting Pesticides" 为题进行了报道(图1)。
图1. Chemistryviews.org网站上的报道。
农药是用于防治病虫害以及调节植物生长的一类化学药剂。农药的残留不仅会污染环境,破坏生态,还会影响人类健康,导致严重疾病。因此,对农药的检测十分重要。
传统农药检测方法包括气相/液相色谱法、酶联免疫吸附测定(ELISA)、生物传感器等。色谱法需要购买昂贵的仪器,需要经过复杂繁琐的样品准备过程;ELISA和生物传感器需要用到抗体和天然酶,不仅成本高,而且容易失活,需要针对不同农药设计和使用对应的抗体和天然酶,因此检测种类单一。
近年来,随着纳米技术的发展,一些纳米材料被发现具有天然酶的活性,将这些纳米材料称作纳米酶。纳米酶价格低廉,易于制备,稳定性好,在高温下依然能够保持良好活性,有利于长时间的储存,是天然酶的有效替代品。传感器阵列克服了传统传感器"锁钥模式"一对一检测的缺点,利用多通道、多模式的传感方式,针对多个检测物设计产生多维信号响应,得到交叉响应的数据阵列,在多维数据分析工具处理下生成对应不同检测物的特征点簇,即指纹图,应用标准指纹图,可以对多个物质进行鉴别分析,从而实现高通量检测。近来,魏辉研究组发展了系列纳米酶传感器阵列,用于磷酸盐、碱性磷酸酶、生物硫醇、蛋白质以及肿瘤细胞的检测和磷酸酶催化磷酸盐水解反应的监测(Anal. Chem. 2018, 90, 9983-9989; Anal. Chem. 2018, 90, 11696-11702; Anal. Chem. 2019, 91, 10648-10656; Journal of Materials Chemistry B 2020, DOI: 10.1039/C9TB02542A.)。
本工作将纳米酶与传感器阵列结合用于农药检测,不仅降低成本,稳定性好,而且能够实现多个样品同时检测,提高了检测效率。本课题利用氧化石墨烯(GO)合成了氮掺杂石墨烯(NG)与氮硫双掺杂石墨烯(NSG),实验证明三种材料都具有优异的类过氧化物酶活性,能够催化过氧化氢与TMB反应生成蓝色产物。芳香类农药能够与石墨烯基纳米酶产生π-π吸附作用,掩蔽石墨烯基纳米酶的活性位点,从而降低类过氧化物酶活性,产物蓝色减弱。因此,本工作利用这三种材料构建了3通道的比色型纳米酶传感器阵列,用于五种芳香类农药(乳氟禾草灵、氯氟吡氧乙酸异辛酯、苄嘧磺隆、氟磺胺草醚、丁醚脲)的检测(图2)。
图2. 石墨烯基纳米酶构建的传感器阵列用于芳香类农药检测的机理。
实验发现不同农药对三种石墨烯基纳米酶活性的抑制各不相同。通过分子动力学模拟得到的农药分子与石墨烯基纳米酶之间的吸附能也各不相同,这一理论结果也与实验结果相互印证。基于以上结论,我们利用石墨烯基纳米酶构建的传感器阵列对五种农药进行检测,结果显示传感器阵列能够在5-500 μM这一较宽浓度范围内有效区分五种农药。同时,传感器阵列能够区分同种农药0-1000 μM之间的11种不同浓度。此外,纳米酶传感器阵列还能区分同一浓度下两种农药不同比例的混合物。
最后,为了探究纳米酶传感器阵列在实际应用中的可行性,我们发现在金属离子、蛋白质、生物硫醇这些干扰物存在下,虽然对石墨烯基纳米酶的活性产生了影响,但是传感器阵列依然能够有效区分五种农药。利用加样法得到五种农药的实际土壤样品,同样能够被纳米酶传感器阵列区分。这些结果验证了纳米酶传感器阵列在实际应用中的可行性。
本工作将纳米酶与传感器阵列结合用于芳香类农药检测,不仅降低成本,而且方便快捷,提高了检测效率。本工作拓展了纳米酶在农药检测方面的应用,为食品安全检测和环境保护做出了积极的贡献。
南京大学魏辉教授和中国农业大学郭红超教授为论文的共同通讯作者,南京大学现代工学院硕士生朱昀瑶和研究员武江洁星为论文的共同第一作者。中国农业大学的韩丽君副教授、魏辉教授课题组王小宇博士、天津大学李韡教授亦为本工作提供重要的帮助与支持。
删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)
现代工学院魏辉教授课题组报道纳米酶传感器阵列检测农药的新策略
本站小编 Free考研考试/2021-02-15
相关话题/纳米 传感器
《Nano Letters》报道我校超导电子学研究所赵清源、康琳教授有关超导纳米线数字电路的研究进展
为了追求极限性能,越来越多的电子系统需要在低温条件下工作。例如,在量子计算机、高性能传感器、深空观测以及一些经典信息处理系统中,通常使用工作温度为2K甚至是mk温区的低温器件,从而在噪声、速度和灵敏度等方面实现接近量子极限的性能。对于这一类低温系统,信号读取与处理通常采用两种方式:第一种是采用超导数 ...南京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-02-15潘丙才教授、张孝林副教授课题组在水处理复合纳米材料限域效应及其应用方面取得新进展
通过将纳米材料固定化制备具有限域结构的复合材料是克服其易团聚失活、难操作、潜在环境风险等规模化水处理应用瓶颈最为有效的策略之一,研究限域条件下纳米材料的生长规律及对污染物去除转化的影响对于推动创新实用型纳米水处理技术具有重要意义,但目前这一方向的研究还未得到充分关注。课题组高度重视应用基础研究对技术 ...南京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-02-15《Small》高亮报道刘斌、张荣教授课题组在纳米激光器方面的研究工作
半导体电子器件与集成电路芯片极大地推动了现代社会科学与技术的发展,也改变了人们的生活方式。光与电相互作用及其有效调控一直是半导体领域核心的研究方向之一。自激光器发明以来,其微型化一直是研究热点,其目的是获得更小体积、更高调制速度和更低功耗的激光器。基于芯片光互连应用迫切需求将激光光源的尺寸缩小至接近 ...南京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-02-15南京大学电子学院平面纳米线生长、集成和器件应用《先进材料》综述及科研进展
准一维(Quasione-dimensional,1D)半导体纳米线(SemiconductorNanowires)是开发新一代高性能电子器件最理想、最方便的构建单元,也是构建超高效光电探测调控和新颖微纳机电器件的关键基础。相比于传统“自上而下”的刻蚀制备工艺,自组装生长半导体纳米线结构在尺寸调控、 ...南京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-02-15《Joule》刊登吴兴龙教授团队“电致应力诱导双金属Janus纳米片高效电催化产氢”方面的最新研究成果
最近,南京大学物理学院吴兴龙教授课题组在电致应力诱导双金属Janus纳米片发生结构扭曲实现高效电催化产氢研究方面取得重要进展,最新研究成果以“ElectricStraininDualMetalJanusNanosheetsInducesStructuralPhaseTransitionforEffi ...南京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-02-15让木材成为高技术新材料 —— 现代工程与应用科学学院祝名伟等在天然木材的纳米制造技术方面取得重大进展
最近,现代工程与应用科学学院祝名伟副教授联合美国马里兰大学胡良兵教授,首次实现了木材表面的微纳结构,展示了其表面纳米图案的制备能力,突破了木材传统的应用领域。该成果以《PrecisionImprintedNanostructuralWood》为题发表在材料类著名期刊AdvancedMaterials ...南京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-02-15《自然·通讯》报道马余强教授课题组在纳米材料表面蛋白冠调控方面的重要进展
最近,南京大学物理学院马余强教授课题组在纳米材料表面蛋白冠的调控及生物学效应等方面取得重要进展,最新研究成果以“Tailoringthecomponentofproteincoronaviasimplechemistry”为题发表在NatureCommunications10,4520(2019)上 ...南京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-02-15朱俊杰课题组在DNA多功能纳米载体用于耐药肿瘤治疗研究中取得重要进展
化疗作为肿瘤治疗的主要手段之一,由于其传递效率低、副作用大及多重耐药性(multidrug-resistance,MDR)而受到限制。其中,MDR会导致肿瘤细胞药物外排,从而造成肿瘤抑制效率低和肿瘤复发。因此,寻找克服肿瘤细胞MDR的有效方法对提高肿瘤治愈率具有重要意义。朱俊杰教授课题组近期在DNA ...南京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-02-15《Science Advances》报道陈洪渊、黄硕团队无电极仿生纳米孔芯片技术
自然界中广泛存在的物质跨膜输运现象通过介导细胞内外物质交换在分子水平上对诸多生物学过程进行精准调控。其中,无机离子,葡萄糖,核酸,氨基酸及其它细胞代谢物的跨膜输运需要由特定的膜通道蛋白介导完成。这些膜通道蛋白由蛋白质单体或者多聚体于生物膜上自发组装形成跨膜孔道。膜片钳技术可以有效的逐个探究单个膜通道 ...南京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-02-15韩民教授/王广厚院士团队在原子团簇制备量子传感器方面取得多项重要进展
南京大学固体微结构物理国家重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心的韩民教授和王广厚院士团队在发展高分辨率、高灵敏度的压力传感技术方面取得了重要进展,相关成果以“Anultrahighresolutionpressuresensorbasedonpercolativemetalnanoparti ...南京大学通知公告 本站小编 Free考研考试 2021-02-15