局域表面等离子共振放大的光子晶体快速筛查农药残留技术研究

Pesticide residues in foods seriously affect human health, thus simple, effective and rapid screening techniques are required. Our group introduced molecularly imprinted technique into photonic crystals to successfully establish detecting method of small molecule contaminants, but the low sensitivity limits its further application. This research is to establish a highly sensitive system for pesticide residues (parathion, atrazine, monocrotophos, etc.) detection using molecularly imprinted photonic crystal doped with noble metal nanoparticles which can amplify the signals based on localized surface plasma resonance(LSPR). Noble metal nanoparticles of different size and composition are prepared to study the LSPR effect. The near-field intensity distribution of LSPR is investigated to obtain the optimal signal amplification and improve the detection sensitivity of photonic crystal. The results of this research will lay a theoretical foundation of the application of LSPR in photonic crystal sensing system. Furthermore, they will provide methodological support for the establishment of a highly sensitive and rapid screening method of pesticide residues using photonic crystal.

食品中农药残留问题严重影响人类健康，简单有效的快速筛查技术是保障食品安全的有效手段。本课题组利用分子印迹聚合物构建了仿生光子晶体，成功实现了小分子污染物的无试剂快速筛查，但检测灵敏度较低限制了其进一步应用。本课题拟以食品中常见农药残留阿特拉津、对硫磷、久效磷等为代表，筛选和制备不同粒径的贵金属纳米颗粒作为信号放大元件，通过调控金属纳米颗粒的性能对局域表面等离子共振（LSPR）的近场电场强度分布进行调制，实现检测信号的有效放大，阐明基于LSPR放大效应的信号调控机制，提高仿生光子晶体的检测灵敏度并实现可视化检测，构建基于LSPR放大的光子晶体农药残留高灵敏快速筛查技术，为局域表面等离子共振理论在光子晶体传感技术中的应用奠定基础，并为建立用于农药残留高灵敏快速筛查的仿生光子晶体技术提供方法学支撑。

食品中农兽药残留问题严重影响人类健康，简单有效的快速筛查技术是保障食品安全的有效手段。本项目在有机溶剂中制备了纳米金、纳米银及纳米金银合金颗粒等贵金属纳米颗粒，研究了纳米颗粒的LSPR吸收光谱，对合金颗粒LSPR吸收波长的调控具有重要参考意义。分别探讨了纳米金增强蛋白石、反蛋白石光子晶体信号的机制，这些结果为进一步提高光子晶体传感材料的灵敏度，构建高灵敏检测技术奠定了基础。结合分子印迹技术，制备了掺杂纳米金的印迹光子晶体材料，实现了对对硫磷、久效磷等的快速检测，而且纳米金的引入，提高了检测灵敏度，扩大了检测范围（扩大2个数量级），且具有良好的特异性和准确性。分别结合适配体、迈克尔加成反应，建立了纳米金信号增强的蛋白石光子晶体高灵敏检测技术，实现对阿特拉津、环丙沙星等多种农兽药的无标记、高灵敏检测，比传统光子晶体材料的检测限降低了2-3个数量级，达到0.5 pg/mL，而且响应迅速，具有良好的特异性和准确性。以特殊官能团为识别元件，实现了对转铁蛋白的无标记、超灵敏检测，而且该材料制备简单，响应迅速（15min），对于尿液样本，无需任何前处理可直接进行检测，具有良好的准确性。这些材料的制备及初步应用，不仅提高了光子晶体传感检测技术的灵敏度，实现了对生物大分子无标记检测的技术突破，而且进一步拓宽了光子晶体在环境监测、临床诊断、医学检验等领域的应用。