[发明专利]一种荧光水凝胶及其在甲萘威检测中的应用

说明书

一种基于NaErF₄:0.5％Tm³⁺@NaYF₄/PDA的荧光水凝胶及其在甲萘威检测中的应用，属于生物传感器技术领域。基于制备的NaErF₄:0.5％Tm³⁺@NaYF₄/聚多巴胺(PDA)荧光水凝胶，其中PDA可以作为NaErF₄:0.5％Tm³⁺@NaYF₄的有效猝灭剂。引入乙酰胆碱酯酶后，其催化产物具有较强的抗氧化性而阻止多巴胺的聚合过程，从而恢复荧光信号。通过引入甲萘威以调控荧光响应信号来实现对茶叶中农药的定量检测。基于此原理，进一步结合荧光图像分析来实现实际样品中甲萘威的便携化检测。本发明具有背景干扰低、成本低、便携化等优点，为基于近红外纳米探针的食品、环境及公共安全的便携化监测提供了新的视角。

技术领域

本发明属于生物传感器技术领域，具体为一种基于NaErF₄:0.5％Tm³⁺@NaYF₄/PDA的荧光水凝胶及其在甲萘威检测中的应用。

背景技术

氨基甲酸酯类农药可以有效防治病虫害，对提高农业、林业及畜牧业的产量具有重要作用。尽管氨基甲酸酯类农药具有毒性较低、半衰期较短等特点，但是，不合理的使用及长期的生物富集会造成严重的环境和生命安全隐患。其毒性机理类似于有机磷农药，即可以有效抑制胆碱酯酶的活性，影响生物神经传导。暴露于氨基甲酸酯类农药中可以引发脑水肿、昏迷和呼吸抑制等。由于其在酸性条件下可以转化为亚硝基苯化合物，国际癌症研究机构(IARC)已将氨基甲酸酯类农药列为2A类致癌物。因此，对氨基甲酸酯类农药残留的准确定量具有重要意义。

目前实验室常规的农药分析方法有高效液相色谱法、质谱法和表面增强拉曼散射法等。尽管这些方法可以实现准确、灵敏的分析，但是由于设备昂贵、操作复杂及程序耗时等缺点，在一定程度上限制了其在现场检测中的应用。因此，建立一种易操作、低成本、便携化的农药监测平台对环境及生命安全具有重要意义。针对上述问题，研究人员在探索灵敏、准确的便携化农药传感器方面做出了巨大努力。基于试纸条的农药检测方法具有成本低廉、便于携带等优点，可以通过颜色转变来实现肉眼对农药的分析监测。例如，利用鲁米诺基核壳纳米材料，研究人员构建了荧光试纸条(J.Hazard.Mater.2021，413，125306)，实现了可视化检测有机磷农药。然而，该方法受到定性及半定量分析的限制，无法识别痕量农药存在时的细微颜色变化。此外，由于材质相对薄弱，试纸易受到环境的影响，导致其稳定性较差。

由于内置交联微通道、较高的负载效率及机械稳定性，刺激响应水凝胶在细胞/组织支架、药物/基因运输及生物传感中得到了广泛的应用。据报道，水凝胶的交联网络结构不仅可以保持结构稳定性而防止外部环境干扰，并且还可以允许目标分子通过其孔道扩散。例如，通过将生物酶固定到金铂合金水凝胶中(Small2019，15，1900632)，对目标分子展现出优异的电化学响应性能。另外，使用荧光作为输出模式，基于铜纳米粒子的凝胶系统实现了对乐果的灵敏响应，该方法展现出增强的稳定性。然而，目前已报道的荧光方法中，大多都是通过蓝光及绿光荧光探针作为输出信号。这将不可避免地受到复杂生物样品中的基质干扰(如蛋白及色素等)，导致假阳性响应。此外，荧光图像大多数在全暴露的紫外激光下采集，如果不引入截止滤光片，将极大程度地受到激发光及环境光的干扰。因此，基于现有的便携化检测设备，构建便携化、低背景的传感器对实现农药高性能检测仍旧是一个挑战，这将为食品及环境安全监测提供新的视角。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于NaErF₄:0.5％Tm³⁺@NaYF₄/PDA的荧光水凝胶及其在甲萘威(属于氨基甲酸酯类农药中的一种)检测中的应用，以提高传感器的抗干扰能力及便携化，促进这种传感器在实际样品检测中的实用化。本发明所得到的传感器除了具有较高的抗干扰能力外，还具有较高的选择性及稳定性。