基于氧化石墨烯类纳米复合材料的防污海洋钙离子电位型传感器的构建

The biofouling coupled with the short usage time fundamentally limit the application of traditional potentiometric sensor as a robust analytical tool for long-term analysis of target ions in seawater ecosystem. Based on these key scientific problems, this project is to develop antifouling robust Ca2+-selective potentiometric sensors with long usage time for marine monitoring for the first time. Nano antifouling technology will be combined with electrochemical analysis to develop the antifouling Ca2+-selective marine sensor, and the strategy for prolonging the usage time of the potentiometric sensor will be proposed. In this project, an antifouling surface coating for ion-selective electrode (ISE) will be developed by modifying the hydrophilic graphene oxide (GO) based nanomaterials onto the surface of ISE to avoid the biofouling. The cooperative effect of GO and nanoparticles on the improvement of antifouling property will also be explored, which will guide the design and synthesis of the GO based compounds with a high antifouling property. In addition, the novel polymer materials will be used as the membrane matrix replacing the traditional poly(vinyl chloride) (PVC) to develop a plasticizer-free ISE, and the hydrophobic gold nanoparticles will be used to immobilize Ca2+ ionophore with lipophilic side chains through hydrophobic interactions, in this way a stable and robust ISE will be developed. The expected results will enrich the antifouling methods for ISE, and provide a new method and technical support for developing the in-situ, on-line, longtime monitoring potentiometric sensor system in seawater.

传统电位型传感器在海洋环境长期监测中常面临着海洋生物污损和电极使用寿命短两大问题。针对以上关键科学问题，本项目首次对防污、稳定、耐用的电位型海洋传感器的研发进行系统研究，拟将纳米防污技术引入到电位型传感器分析中，深入探讨防污海洋钙离子电位型传感器的构建，并提出延长电极膜使用寿命的方法。基于亲水性氧化石墨烯（GO）类纳米复合材料发展离子选择性电极的防污涂层以实现对海洋微生物的防污作用；探究复合材料多元组分防污活性的协同作用规律，为设计合成高抗污活性的纳米材料提供参考依据；使用新型聚合物基体材料代替传统的聚氯乙烯（PVC）材料，并通过烷烃链间的疏水作用固定钙离子载体，以解决由增塑剂和离子载体外渗引起的电极使用寿命短的问题。预期效果将丰富当前海洋传感器的防污技术，为海洋原位在线监测传感器的研制提供新方法和技术支持。

传统离子选择性电极研究工作多集中在简单体系或复杂体系中的短期检测，对复杂环境（尤其是海水环境）中存在的污损问题考虑较少。海洋生物污损是当前海洋探索中人类仍需解决的世界性海洋问题，也是海洋长期原位监测中必须考虑的关键问题。海洋污损生物在海洋传感器表面的附着会造成检测信号失真、使用寿命缩短，严重影响电极的正常使用。.本项目围绕着传统聚合物膜电极在海洋环境监测中常面临的生物污损问题，对防污、稳定、耐用的电位型海洋传感器的研发进行系统研究，构建了一系列以微纳米材料、抗污活性有机小分子等作为抗污材料的防污海洋电位型传感器，提出了延长聚合物敏感膜在海洋环境中使用寿命的新方法，提升了聚合物膜离子选择性电极在海洋环境中的检测性能。.本项目合成了多种海洋防污损材料，考察了这些材料对海洋污损微生物的抗附着和灭杀性能；制备了固体接触式离子选择性电极，实现了对海水中常见离子的高选择性、高灵敏电位检测；建立了基于防污损材料的聚合物敏感膜海洋防污技术，发展了一系列具有海洋环境相容性的新型防污电位型传感器。.本项目采用表面修饰法，构建了基于防污活性材料（如：氧化石墨烯、两性离子聚合物、聚多巴胺-银纳米颗粒）的涂层型海洋防污电极；采用磁场诱导自组装技术，基于具有双重抗污功能的磁性复合材料，构建了涂层可更新式海洋防污损电位型传感器；采用物理掺杂法，开发了可缓慢释放灭杀活性材料的海洋防污损电位型传感器。需要说明的是，本项目所构建的各类海洋防污电位型传感器可在保持电极原有电位响应特性的基础上，同时具有防海洋污损物污损的性能。.共发表SCI论文5篇，影响因子6.0以上期刊论文4篇，3篇发表于《美国分析化学》杂志；申请中国发明专利3项；培养博、硕士毕业生3名；项目负责人在国内外会议上作展报报告3次。