固體所發展雙模態傳感策略用於氨基甲酸酯類農殘可視化快速檢測

近期 ，中科院合肥物質院固體所能源材料與器件製造研究部蔣長龍研究員團隊在基於熒光共振能量轉移效應的雙模態納米傳感器用於可視化檢測環境中的西維因研究方麵取得新進展 。相關研究成果以“Ultrasensitive and On-site Detection of Carbaryl Pesticides via Dual-mode Nanosensor Utilizing Portable Device”為題 ，作為主封麵發表在國際著名期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering (ACS Sustainable Chem. Eng., 2023, DOI: 10.1021/acssuschemeng.2c06499)上 。      西維因作為一種有效的廣譜氨基甲酸酯殺蟲劑 ，已廣泛用於防治農作物害蟲 。然而 ，過量使用或錯誤的使用方式會導致西維因殘留 。西維因在土壤 、水果 、糧食等介質中留存時間長 ，且易通過呼吸道和皮膚接觸進入人體內 ，會對人體造成嚴重危害 。因此 ，西維因殘留的檢測研究引起了極大的關注 。近年來 ，農藥殘留的定性定量檢測仍然側重於儀器檢測 ，如表麵增強拉曼光譜 、電化學分析 、色譜等 ，但這些技術由於檢測耗時長和複雜的樣品預處理 ，不能滿足現場快速檢測需求 ，限製了它們的實際應用 。因此 ，開發便攜式和可靠的實時分析方法來檢測西維因殘留 ，對環境汙染物監測和農業食品安全具有重要意義。

為此 ，研究人員利用氨基修飾的金納米顆粒 、矽量子點和碲化鎘量子點作為傳感中心 ，設計了一種雙模態（比色-比率熒光）傳感體係 ，能夠可視化定量檢測痕量西維因殘留 。當西維因進入傳感體係後 ，會通過靜電效應觸發金納米顆粒團聚 ，導致紫外可見吸收光譜變化 ，伴隨著肉眼可觀察到的自然光下的溶液顏色變化 。同時 ，金納米顆粒的團聚引發熒光共振能量轉移(FRET)效應，矽量子點的藍色熒光發射強度逐漸增加 ，而碲化鎘量子點的紅色熒光強度顯著降低 ，從而導致體係熒光顏色由紅到藍的顯著轉換 。      研究發現 ，雙模態傳感體係具有更高的檢測靈敏度與準確性 ，比色模式下檢測限為49.6 nM ，比率熒光模式下檢測限為16.3 nM ，實現了對實際樣品中痕量西維因殘留的高靈敏度 、即時可視化檢測 。此外 ，結合3D打印技術與顏色識別應用(APP) ，研究團隊還構建了具有高兼容性的便攜式智能熒光檢測平台 ，以擴展其實際應用 。該工作為氨基甲酸酯類農藥殘留檢測提供新策略 ，並拓寬了便攜式可視化定量檢測裝置在化學傳感中的應用 。      上述研究工作得到了國家自然科學基金項目 、國家重點研發計劃以及安徽省重點研究與開發計劃項目的支持 。

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圖1. 雙模態傳感體係快速可視化定量檢測西維因殘留的機理示意圖 ，該工作受邀作期刊封麵報道 。

圖2. (A)智能傳感平台的檢測示意圖 ；(B)智能手機對熒光圖像的RGB分析 ；(C)具有高兼容性的便攜式傳感平台 ；(D)紫外光下 ，熒光傳感體係在加入濃度為0至200 μM的西維因後的圖像；(E)熒光顏色變化（B值/R值）與西維因濃度的線性關係圖 。