光化学比色阵列传感器在农药残留快速检测中的应用研究

Along with the living standard enhancement, people pay more attention to the fast screening and detection of pesticide residue. The commercially available screening kits for pesticide residue are mostly based on enzyme inhibition, and only suitable for highly toxic organophosphorus pesticide. These kits obviously don’t work well for current pesticides with lower toxicity. This proposal aims to the quick screening of different kinds of pesticides. The pesticides will be divided into different types according to their specific groups. The colorimetric reaction between these groups and indicators will be investigated in detail, and the sensor based on different reactions will be designed. The indicators will be immobilized in porous filter paper by using either sol-gel or polymer matrix. The silica precursors and their ratio will be adjusted, along with the optimization of aging time. The different plasticizers and solvents will also be tested in order to efficiently immobilize indicator to enrich the pesticide residues. Combining with camera-based cell phone, the colorimetric change could be recorded and analyzed, and the fast screening of pesticide residues will be realized. Based on this fundamental research, a lab prototype will be developed and used for real sample testing.

随着人们生活水平的提高，公众对农药残留的快速检测关注度越来越高。市面上的农残快检方法多是基于酶抑制作用，仅能对有机磷等高毒农残进行检测，而对于目前大力推广的低毒农药无能为力。本项目拟采用光化学比色阵列传感器的方法对农药残留的快速筛查进行研究探索。通过将农药按其水解后产生的化学基团进行分类，理解各种指示剂对不同化学基团的显色机理，并按照其特征反应进行比色传感器的设计，尝试通过调节硅胶溶胶体系硅烷前驱体配比、水解老化时间等，以及调整多孔高分子聚合物体系增塑剂、溶剂等的比例，对指示剂在多孔滤纸上进行有效固载，使其对不同类型农药残留进行快速富集的同时，还能够充分反应显色。同时结合手机成像配件或校正软件的方式，对颜色变化进行处理分析，达到对多种不同种类农药残留进行快速筛查预警的目的。基于此研究，有望开发和研制实验室样机，应用于真实样本的检测，并最终投入使用，具有重要的科学意义和创新性。

频发的农药残留事件使得人们对果蔬农残快速检测的需求日益增加。然而目前市面上售卖的所有农残快速检测产品全部是基于胆碱酯酶抑制方法，只能测定逐渐淘汰的高毒有机磷和氨基甲酸酯类农药，而对其他新兴中低毒农药，如菊酯类、有机氮硫类农药没有响应。本项目采用光化学比色方法发展了多种类农药残留的快速筛查技术。并通过优化指示剂固载技术，制备了多种类农残快速检测纸基传感器，简化了溶液中的反应步骤。同时，开发了配套纸基传感器使用的手机软件，通过手机摄像头对颜色变化进行数据采集，并上传后台处理分析，实时输出检测结果，达到对多种不同种类农药残留进行快速筛查预警的目的。所开发的农残快速检测方法适用于多种场合，包括现场执法，各大商超及农贸市场抽检，以及普通家庭用户使用等，操作简便，结果准确。此外，通过简单组合单种农残检测指示剂或增加其浓度方式组装的3×3传感器阵列能够实现多种类农药的同时检测。本项目执行过程中共申请专利5项，发表论文1篇，并且完成了技术成果转化，在2018年7月成立了中科（大连）快检科技有限公司，注册资本2360万元，主打农残快速检测产品及配套设备。