近期，中科院合肥物質(zhì)院固體所能源材料與器件制造研究部蔣長龍研究員團(tuán)隊(duì)在基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移效應(yīng)的雙模態(tài)納米傳感器用于可視化檢測環(huán)境中的西維因研究方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Ultrasensitive and On-site Detection of Carbaryl Pesticides via Dual-mode Nanosensor Utilizing Portable Device”為題，作為主封面發(fā)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，已廣泛用于防治農(nóng)作物害蟲。然而，過量使用或錯(cuò)誤的使用方式會(huì)導(dǎo)致西維因殘留。西維因在土壤、水果、糧食等介質(zhì)中留存時(shí)間長，且易通過呼吸道和皮膚接觸進(jìn)入人體內(nèi)，會(huì)對(duì)人體造成嚴(yán)重危害。因此，西維因殘留的檢測研究引起了極大的關(guān)注。近年來，農(nóng)藥殘留的定性定量檢測仍然側(cè)重于儀器檢測，如表面增強(qiáng)拉曼光譜、電化學(xué)分析、色譜等，但這些技術(shù)由于檢測耗時(shí)長和復(fù)雜的樣品預(yù)處理，不能滿足現(xiàn)場快速檢測需求，限制了它們的實(shí)際應(yīng)用。因此，開發(fā)便攜式和可靠的實(shí)時(shí)分析方法來檢測西維因殘留，對(duì)環(huán)境污染物監(jiān)測和農(nóng)業(yè)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、硅量子點(diǎn)和碲化鎘量子點(diǎn)作為傳感中心，設(shè)計(jì)了一種雙模態(tài)（比色-比率熒光）傳感體系，能夠可視化定量檢測痕量西維因殘留。當(dāng)西維因進(jìn)入傳感體系后，會(huì)通過靜電效應(yīng)觸發(fā)金納米顆粒團(tuán)聚，導(dǎo)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(shí)，金納米顆粒的團(tuán)聚引發(fā)熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)效應(yīng)，硅量子點(diǎn)的藍(lán)色熒光發(fā)射強(qiáng)度逐漸增加，而碲化鎘量子點(diǎn)的紅色熒光強(qiáng)度顯著降低，從而導(dǎo)致體系熒光顏色由紅到藍(lán)的顯著轉(zhuǎn)換。      研究發(fā)現(xiàn)，雙模態(tài)傳感體系具有更高的檢測靈敏度與準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)際樣品中痕量西維因殘留的高靈敏度、即時(shí)可視化檢測。此外，結(jié)合3D打印技術(shù)與顏色識(shí)別應(yīng)用(APP)，研究團(tuán)隊(duì)還構(gòu)建了具有高兼容性的便攜式智能熒光檢測平臺(tái)，以擴(kuò)展其實(shí)際應(yīng)用。該工作為氨基甲酸酯類農(nóng)藥殘留檢測提供新策略，并拓寬了便攜式可視化定量檢測裝置在化學(xué)傳感中的應(yīng)用。      上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃以及安徽省重點(diǎn)研究與開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的支持。

文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acssuschemeng.2c06499

圖1. 雙模態(tài)傳感體系快速可視化定量檢測西維因殘留的機(jī)理示意圖，該工作受邀作期刊封面報(bào)道。

圖2. (A)智能傳感平臺(tái)的檢測示意圖；(B)智能手機(jī)對(duì)熒光圖像的RGB分析；(C)具有高兼容性的便攜式傳感平臺(tái)；(D)紫外光下，熒光傳感體系在加入濃度為0至200 μM的西維因后的圖像；(E)熒光顏色變化（B值/R值）與西維因濃度的線性關(guān)系圖。