量子点/酶纳米复合光学传感器用于食品中有机磷农药残留的检测

有机磷类化学农药的大量使用有效地提高了我国农产品的产量，但同时也给我国环境、人畜健康带来了极大的危害，造成了不良社会影响，还给我国农产品进出口贸易带来了巨大的经济损失。因此，发展高灵敏、快速的有机磷农药残留物检测技术是目前亟待研究的课题。本申请将针对我国农药残留物中的主要成分-有机磷农药，基于胆碱酯酶抑制机理，以CdTe、CdSe量子点为荧光探针，利用层层自组装技术，将量子点和胆碱酯酶及胆碱氧化酶有序地组装在薄膜中，通过设计和优化酶－量子点薄膜的结构，发展简便、快速、高灵敏、高选择性、高稳定性和低成本的有机磷类农药检测纳米结构传感器。量子点具有大的比表面积和独特的光、电活性，而酶或蛋白质对于待检测物具有很好的特异性识别，本申请拟将量子点和酶可控地集成在同一纳米结构中，有望解决目前农药残留生物传感器在检测不同种类的有机磷类农药时存在的灵敏度差异很大，精确性较低，酶易失活等缺点。

有机磷类化学农药的大量使用造成了大气、水体、土壤的污染以及食品中农药的残留，给环境和人类健康带来了极大的危害。考虑到农药的高毒性及其对环境和人类健康的巨大威胁，发展高灵敏度和高选择性的农药残留检测方法尤为重要。本项目针对饮用水和水果、蔬菜等农产品供应量大和农药残留检测要求高的特点，利用层层组装技术，将能特异性识别有机磷农药的胆碱酯酶和具有优异荧光性质的量子点有序地组装在薄膜中，通过设计和优化酶-量子点薄膜的结构，设计和构建了简便、快速、高灵敏、高选择性、高稳定性和低成本的有机磷类化学农药检测纳米传感器：（1）高灵敏量子点/酶荧光传感器：通过静电层层自组装技术将碲化镉量子点与乙酰胆碱酯酶可控地组装在同一纳米薄膜中，利用乙酰胆碱酯酶的水解产物-巯基胆碱能淬灭量子点荧光和有机磷农药抑制酶的活性特性，实现对有机磷农药的高灵敏检测，其对对氧磷和对硫磷检测限可达10-12M。（2）广谱性农药荧光传感器：由于胆碱酯酶生物传感器在检测不同的有机磷类农药时仍存在灵敏度差异很大的缺点，因此在检测混合农药时只能检测农药残留综合毒性。本项目制备了基于CdTe量子点、乙酰胆碱酯酶和胆碱氧化酶多层膜的广谱性农药残留传感器。该传感器对三种有机磷农药和三种菊酯类农药的检测限可达10-12M，且其对所检测的6种农药表现出相似的检测特性，因而可以准确检测多种混合有机磷农药和菊酯类农药的总浓度，避免了目前同类型传感器只能检测总酶活性抑制率的缺点。（3）高灵敏农药残留光电传感器：利用CdTe量子点的光电特性，采用层层自组装技术，制备了基于乙酰胆碱酯酶/CdTe量子点/氧化钛的农药光电传感器。（4）可视化有机磷农药检测芯片：利用喷墨打印技术，在玻璃和滤纸表面制备了CdTe量子点/乙酰胆碱酯酶的可视化生物芯片，其检测下限可满足欧盟农药残留检测要求。本课题发展的传感器具有快速、无需对样品进行预处理、用时少、高灵敏等优点，已被成功用于果蔬样品中农药残留总量的检测。本课题在国际核心期刊发表文章9篇，其中包括《Nano Today》1篇，《Journal of the American Chemical Society》1篇、《Journal of Materials Chemistry》2篇、《Biosensors and Bioelectronics》1篇。培养从事纳米传感器研究和应用工作的青年技术骨干16人。