比率荧光印迹微流控纸芯片的构建及其对苯氧乙酸类激素的快速可视化检测

Phenoxyacetic acid hormones are a kind of pesticides which are widely used in melon and fruit growth, and their trace residues easily enter the human body and endanger health; however, the in-field fast monitoring of residues is often quite difficult. In this project, we purpose to fabricate novel ratiometric fluorescence molecularly imprinted microfluidic paper chips, and apply them to the highly selective recognition and rapid visual detection of the trace pesticide residues of phenoxyacetic acid hormones. Herein, using the phenoxyacetic acid hormones as template molecules, we plan to prepare molecularly imprinted polymers (MIPs) with high selectivity and enrichment ability for the hormones, and to construct molecularly imprinted microfluidic paper chips by combining microfluidic paper chips, and then to realize the ratiometric fluorescence detection of the hormones by virtue of the fluorescence characteristics of quantum dots and nitrobenzoxadiazole (NBD-Cl). For the imprinting fluorescence sensors, related mechanisms on recognition and detection of the plant hormones will be clarified, by discussing in-depth the fluorescent detection principles from molecular level using molecular simulation. By taking full advantage of the combination of surface imprinting, multichannel microfluidic chips and ratiometric fluorescence, the prepared imprinting chip fluorescence sensors will be endowed with the merits of rapid response, multi-component residue analysis, visual detection and so on, which will provide new theoretical and technical supports for simultaneous rapid determination of phenoxyacetic acid hormones. The smooth implementation of the project will not only promote the development of rapid visual detection technologies for multi-component residues of plant hormones, but also provide important application potentials to ensure food safety.

苯氧乙酸类植物激素是一类在瓜果生长中广泛使用的农药，其痕量残留容易进入人体造成危害，往往难以现场快速检测。本项目拟构建比率荧光印迹微流控纸芯片，用于高选择识别和快速可视化检测苯氧乙酸类植物激素。以苯氧乙酸类植物激素为模板分子，制备对该类物质具有高选择性和富集特性的分子印迹聚合物（MIPs），并与微流控纸芯片技术相结合，构建印迹微流控纸芯片。借助量子点和4-氯-7-硝基苯并呋咱（NBD-Cl）等的荧光特性，实现比率型荧光检测；采用分子模拟，在分子水平对苯氧乙酸类植物激素的荧光识别机理进行探讨，阐明分子印迹荧光传感器识别与检测植物激素的机理；采用表面印迹、多通道微流控和比率荧光等技术，可以赋予印迹纸芯片快速响应、多残留组分检测和可视化识别等优点，为快速同时检测多种苯氧乙酸类激素提供理论与技术支持。该项目的顺利实施能够推动植物激素多残留组分的快速可视化检测技术的发展，对确保食品安全具有重要意义。

苯氧乙酸类植物生长调节剂作为一种人工合成的植物激素，是一类当今社会广泛使用的农药。2,4-D作为最常用的苯氧乙酸类植物激素，目前已在猕猴桃、西瓜和草莓等的生长发育中广泛应用。本项目按照项目预期计划，设计完成了几种新型荧光纸芯片的设计，并对其进行优化，建立了基于比率荧光纸芯片的检测农残方法，并证实了该方法的科学性和实用性。通过采用多种荧光材料，分别制备具有比率荧光性质的印迹传感器，以实现对果蔬中农残及苯醚甲环唑的高灵敏、特异性检测；并结合微流控技术对样品检测实现预过滤、富集的作用，以达到便携式现场可视化检测。为未来纸芯片的可视化检测奠定了研究基础，并提供了基础研究数据理论，也为日后实现多通道可视化检测纸芯片提供理论基础，以便于保障食品安全。.制备的比率荧光印迹传感器将分析物从液相溶液转移到固体纤维素纸，这大大减少了检测时间，并增加了传感器的可携带性，尤其是为现场检测提供便利。该传感器对农残具有特异性识别性能，比率荧光材料之间基于FRET荧光转移机理对模板分子进行检测。结果表明：该制备方法在实际样品分析中具有响应速度快、精确度高、实用性强和重现性好等特点，且该传感器成功应用于复杂样品检测中。开发了新型的低毒碳量子点，通过修饰增强其稳定性和荧光强度，再将其与荧光染料NBD-Cl通过溶胶-凝胶的方法制备比率荧光印迹纸芯片，碳量子点作为检测荧光团，荧光染料作为参比荧光，可实现可视化检测。该传感器识别速率快、检测限低，对苯醚甲环唑农药具有特异识别性能，且荧光性质稳定，绿色环保，具有良好的热稳定性。这项研究的结果将有助于便携式设备的开发，以便通过荧光变化在食品安全现场测试中实现快速检测植物激素，同时作为一种通用性检测平台，未来为快速检测纸芯片提供了理论基础。