近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)與分析研究組研究員盧憲波和研究員陳吉平團(tuán)隊(duì)在電化學(xué)生物傳感器的研究中取得新進(jìn)展，利用負(fù)載銅量子點(diǎn)的超薄石墨炔（Cu@GDY），實(shí)現(xiàn)了有機(jī)磷農(nóng)藥的抗干擾高靈敏檢測(cè)。
有機(jī)磷農(nóng)藥是世界上應(yīng)用最廣范、用量最大的殺蟲(chóng)劑。農(nóng)作物、水體以及大氣中的有機(jī)磷農(nóng)藥殘留對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅。即使是低劑量的有機(jī)磷在人體內(nèi)暴露，也能迅速抑制乙酰膽堿酯酶（AChE）的活性，阻斷神經(jīng)遞質(zhì)傳遞，導(dǎo)致昏迷、呼吸衰竭甚至死亡。因此，建立簡(jiǎn)單、快速、可靠的有機(jī)磷農(nóng)藥檢測(cè)方法具有重要意義。基于乙酰膽堿酯酶抑制原理的電化學(xué)生物傳感器是一種理想的有機(jī)磷檢測(cè)工具，但由于酶促產(chǎn)物的低電化學(xué)活性，導(dǎo)致其無(wú)法避免農(nóng)作物以及環(huán)境樣品中電活性物質(zhì)的干擾。
針對(duì)上述問(wèn)題，本工作中，該研究團(tuán)隊(duì)在其前期相關(guān)研究（Analytical Chemistry，2021）的基礎(chǔ)上，以Cu@GDY為雙功能平臺(tái)，在有效負(fù)載酶分子的同時(shí)作為酶促產(chǎn)物的高效電催化劑，實(shí)現(xiàn)了電信號(hào)的7倍提升并將氧化電位降低了440mV；通過(guò)對(duì)電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、活性位點(diǎn)來(lái)源、酶促產(chǎn)物與活性位點(diǎn)相互作用的表征，深入研究了電催化機(jī)理和構(gòu)效關(guān)系；進(jìn)一步通過(guò)對(duì)酶抑制動(dòng)力學(xué)的理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境樣品和食品中有機(jī)磷農(nóng)藥的高靈敏檢測(cè)，檢出限低至1ng/mL。更重要的是，作物和環(huán)境樣品中常見(jiàn)的電活性化合物（維生素、苯酚、苯胺等）不會(huì)干擾該傳感器的有機(jī)磷的測(cè)定，為實(shí)際樣品的檢測(cè)提供了重要工具。
相關(guān)研究成果以“Ultrathin Graphdiynenanosheets Confining Cu Quantum Dots as Robust Electrocatalyst for Biosensing Featuring Remarkably Enhanced Activity and Stability”為題，發(fā)表在《生物傳感器和生物電子學(xué)》（Biosensors and Bioelectronics）上。該工作的第一作者是大連化物所博士研究生牛凱。上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、大連市科技創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的資助。
