新型电化学仿生传感器的构筑及食品中酚类分析新方法的建立与应用

The pollution of phenols to environment and food is more and more serious, causing great harm to human survival and health, so it is particularly important to establish a new method for the rapidly and real-time monitoring to those pollutants. Electrochemical bionic sensor technology could overcome the defects of short lifespan and poor reproducibility of enzyme biosensor to meet the demand of fast and real-time monitoring. The design and structure of ultrasensitive sensing interface are the key factors affecting the sensitivity and stability of detection in the study of biomimetic sensors. For that reason, this project intends to develop phenols electrochemical biomimetic sensors of new graphene nanocomposites based on metal-organic frameworks (MOF). The new type of nanocomposites with ultrahigh catalytic activity is obtained by the in situ synthesis of size and morphology-controlled metal nanoparticles in the orderly nano confined channel of grapheme-MOF nanocomposites using electrochemical etching technique. The new nanocomposites, as the carriers, are used to design and build ultrasensitive biomimetic sensing interface toward phenols, which focus on solving the key technical problems of low stability and poor reproducibility of the sensors. The aim of this study is to explore the interface electric catalytic mechanism of the nano-composite structure to target object, and establish a new method for fast and sensitive real-time monitoring of phenolic pollutants. This study will not only provide a technical support for phenols detection and its migration patterns research in food, but also provide scientific basis for food safety risk assessment.

酚类化合物对环境和食品的污染日趋严重，给人类的生存和健康造成巨大危害，建立酚类污染物快速、实时检测的新方法尤为重要。电化学仿生传感器技术可以克服酶生物传感器寿命短、重现性差的不足，能够满足快速、实时检测的需求。在仿生传感器研究中，超灵敏感应界面的设计和结构是影响其检测灵敏度和稳定性的关键因素。鉴于此，本项目拟研制基于金属有机框架 (MOF) 的新型石墨烯纳米复合材料的电化学仿生传感器。利用电化学刻蚀技术，通过在石墨烯-MOF的有序纳米限域孔道中原位合成尺寸、形貌可控的纳米金属粒子，获得具有超高催化活性的新型纳米复合材料。以此为载体，设计构建超灵敏的酚类仿生催化感应界面，解决传感器稳定性低和重现性差的关键技术问题，探明构筑的纳米复合结构对目标物的界面电催化机制，建立酚类污染物快速、灵敏、实时检测的新方法，为食品中酚类检测和迁移规律研究提供技术保障，为食品安全风险评估提供科学依据。

酚类物质在石油、医药、农药等多个行业广泛使用，对环境污染日益严重。酚类化合物属于剧毒物质，因其不易降解，难以清除，因此对人类生命和健康产生了巨大危害。为了更好地监控酚类在各种环境体系中的分布状况，发展一种简便、灵敏且能够快速检测的分析技术尤为重要。仿生电化学传感器不仅具有灵敏度高、选择性好、操作简单和可在线、原位 (in situ) 检测等特点，而且可以克服酶生物传感器寿命短、重现性差的不足，能够满足快速、实时监测的需求。而在仿生传感器研究中，超灵敏感应界面的设计和结构是影响其检测灵敏度和稳定性的关键因素。鉴于此，本项目合成了多种金属有机框架（MOFs），利用化学合成法、电化学沉积技术以及电化学刻蚀技术，通过在MOF的有序纳米限域孔道中合成了尺寸、形貌可控的纳米金属粒子，并与高导电性的电化学还原石墨烯（ERGO）和碳纳米管（CNTs）材料复合，获得了AuNPs@Cu-hemin MOFs/ERGO、ERGO/CNTs/AuNPs@CeMOFs、CNTs/刻蚀Pt-Ni/NiO NPs@Zn-Hemin MOFs 、CdS QDs@HKUST-1/MWCNTs以及 L-AuNPs@CuONWs/TiO2等多种具有超高催化活性的纳米复合材料。以此为载体，设计构建了多种超灵敏的酚类仿生传感器。在最优实验条件下，以上传感器均具有优异的稳定性、良好的重现性、高选择性和和较宽线性范围。除此之外，研究中采用标准加入法对食物模拟物中的邻苯二酚、对苯二酚以及双酚A进行检测，均得到了令人满意的回收率。本项目的研究解决了传感器稳定性低和重现性差的关键技术问题，探明了构筑的催化感应界面对目标物的界面电催化机制，建立了酚类污染物快速、灵敏、实时检测的新方法，为食品中酚类检测和迁移规律研究提供了技术保障，为食品安全风险评估提供了科学依据。