基于分子印迹技术的光电化学传感器检测酚类内分泌干扰物

Phenolic Endocrine Disrupting Chemicals (PEDCs) are phenolic chemicals that interfere with the normal hormone system of animals, which have been found to be closely related to many diseases and adversely affect the health of human beings. As a result，developing rapid，sensitive analytical methods for PEDCs detection is of great importance in environmental monitoring. Combining the photoelectrochemistry and molecular imprinting technique, the proposed project is aiming to develop a new photoelectrochemical sensor for the detection of PEDCs. Firstly, molecularly imprinted polymers with high selectivity and binding affinity capacity will be rapidly screened by a scaled-down version of combinatorial synthesis method. Based on that, photoelectrochemical sensors including dye-sensitized type and quantum dots-sensitized type will be established, using ruthenium complex and quantum dots as the signal reporter molecule, respectively. In the presence of PEDCs, photoelectrochemical current changes because of the photoelectrochemical reaction, which allows the quantitative detection of PEDCs. We lay emphasis on the study of detection mechanism of the photoelectrochemical sensor and the assembly of molecular imprinting polymers on the electrodes. The innovations of this project include the combination of photoelectrochemical analytical method and molecular imprinting technique， using molecular imprinting polymer modified quantum dots as the signal reporter molecule and recognization unit. This project may provide a rapid, sensitive, robust and label free sensor for PEDCs detection, which is in urgent need in the areas of environmental monitoring, food safety, entry-exit inspection and quarantine, etc.

建立快速、灵敏的酚类内分泌干扰物的分析方法对于环境健康预警具有重要意义。本项目拟结合光电化学以及分子印迹技术，发展一种新型的传感器用于酚类内分泌干扰物的检测。具体拟以双酚A，壬基酚和辛基酚等为模板分子，通过微量组合合成的方法，快速筛选出选择性好、结合容量大的分子印迹材料。以此为基础，在电极上构建印迹修饰层，分别以钌基染料或印迹修饰量子点作为信号分子，建立染料敏化型和量子点敏化型两种检测体系，利用酚类物质对光电信号的催化放大作用，实现定量检测。项目将重点解决酚类内分泌干扰物的光电化学检测机制、分子印迹材料的表面修饰、提高特异性和灵敏度等关键问题。项目的主要创新点包括光电化学分析方法与分子印迹技术的结合、分子印迹修饰量子点同时作为光电信号源和识别元件。项目的完成有望为酚类内分泌干扰物在环境监测、食品安全、检验检疫等领域的检测提供一种快速、灵敏、牢靠、免标记的新方法。

酚类内分泌干扰物具有分布广、浓度低、危害大的特点，建立快速、灵敏、低成本的酚类内分泌干扰物的分析方法对于环境健康预警具有重要意义。传统的基于抗原抗体识别的传感器分析方法其检测结果常受制于抗体的质量。分子印迹聚合物被誉为“塑料抗体”，是一种能够模拟天然状态下生物分子之间相互识别过程的高分子聚合物。分子印迹聚合物同抗体一样对目标分子具有很高的亲和力和选择性。此外，相较于抗体，它还具有更好的机械强度，不易被生物降解破坏，易于保存且能够耐受较为苛刻的检测条件等优点。本项目结合光电化学以及分子印迹技术，发展了一种新型的传感器用于酚类内分泌干扰物的检测。首先以双酚A（BPA），壬基酚（NP）等为模板分子，通过微量组合合成等方法筛选出选择性好、结合容量大的分子印迹材料。以此为基础，探究分子印迹薄膜在电极上的修饰方法，再分别以钌基染料或印迹修饰量子点作为信号分子，建立染料敏化型和量子点敏化型两种检测体系，利用酚类物质对光电信号的催化放大作用，实现定量检测。经过优化和筛选，我们以电聚合聚吡咯膜作为双酚A的敏感识别膜，以纳米SnO2作为光电阳极材料，以[Ru(bpy)3]2+作为光电信号分子构建了基于染料敏化的光电化学检测体系，实现了对双酚A的定量检测，检测限达1.2 nM；通过在水相体系中合成CdS量子点，以3-氨基丙基三乙氧基硅烷为功能单体，四乙氧基硅烷为交联剂，双酚A或壬基酚为印迹分子，利用溶胶凝胶法构建了MIPs@QDs分子印迹功能材料，实现了基于量子点敏化的酚类内分泌干扰物检测体系，检测限分别达到0.31 nM及2.4 nM。对实际样品的检测结果表明，上述两种检测体系具有与传统仪器检测相媲美甚至更优的表现，而其成本却大大低于传统仪器，操作也更简便快捷，展现了良好的实际应用前景。此外，基于分子印迹的光电化学方法具有普适性的特点，仅需要在印迹膜制备过程中使用不同的模板分子即可实现对不同酚类内分泌干扰物的检测。为了进一步提高传感器的检测灵敏度，我们还探索了基于ZnO及AgInS2纳米结构的光电阳极材料的制备和组装方法，发展了新的光电化学检测系统。该项目的实践，有望为酚类内分泌干扰物在环境监测、食品安全、检验检疫等领域的检测提供一种快速、灵敏、牢靠、免标记的新方法。