基于MoS2-石墨烯/贵金属基纳米复合材料的beta-受体激动剂(瘦肉精)无酶传感器的研究

To improve the selectivity and sensitivity of non-enzymatic electrochemical sensors, firstly, MoS2-graphene nano-composite was fixed on the surfaces of different electrodes, and then controllable preparation of electro-catalysts, noble metal ultra thin films (including single-core and dual-core structure) on above-mentioned modified electrodes was carried out by electrochemical deposition techniques. So, a series of electro-catalyst film modified electrodes with different interface effects were constructed. The relations between electrochemical catalytic behaviors of small molecule (beta-agonists) and the chemical composition, morphology and structure of modified electrode materials were investigated to further improve the selectivity and sensitivity. Reaction intermediates of small molecule (beta-agonists) on the surface of different modified electrodes were monitored by an electrochemical-spectrometric hyphenated technique, to further clarify the multi-phase catalytic reaction mechanism. At the same time, MoS2-graphene with high specific surface and excellent conductivity and noble metal nano-composite materials could enhance doubly electrocatalytic activity for catalyst. A series of electrochemical sensors of beta-agonists with good selectivity, high sensitivity, good reproducibility, low cost, long service life were constructed to develop a new method for determination of beta-agonists residues in food. Further more, this work will also provide an important experimental method for the construction of other electrochemical sensors.

为提高无酶电化学传感器的催化选择性和灵敏度，本项目首先将MoS2-石墨烯复合纳米材料固定在各种基底电极上，然后通过电化学沉积技术在上述修饰电极表面可控制备贵金属基(包括单核和双核结构)电催化剂纳米超薄膜，构建一系列具有不同界面效应的电催化剂薄膜修饰电极，研究beta-受体激动剂(瘦肉精)模型小分子在上述修饰电极上的电化学催化行为与电极修饰材料的组成、形貌和尺寸的关系，探求提高分析灵敏度和选择性的方法；而运用电化学-光谱联用技术来监测模型小分子在不同修饰电极界面的反应中间产物，以进一步阐明多相电催化反应机制。同时，利用超高比表面和优良导电性的MoS2/石墨烯载体和贵金属基纳米复合材料对催化的双重增强效应，构建一系列具有选择性好、灵敏度高、重现性好、成本低、寿命长的beta-激动剂新型无酶电化学传感器，从而建立食品中瘦肉精残留检测的新方法。同时也为其他电化学传感器的设计提供可鉴的实验依据。

电化学生物传感器凭借简单、灵敏、快速、易携带、在线及活体分析等优点，已在生物医药、环境监控、食品加工、公共安全等领域获得重要且广泛的应用。为提高无酶电化学生物传感器的催化选择性和灵敏度，本课题先制备了MoS2、石墨烯、MoS2-石墨烯材料，然后通过掺杂或复合的方法可控制备贵(过渡)金属基催化剂纳米超薄膜，构筑一系列电催化剂薄膜修饰电极。然后以Beta-激动剂（如多巴胺、克伦特罗、特步他林）、胆固醇、葡萄糖、过氧化氢等生物小分子为模型化合物，探讨模型小分子在上述修饰电极上的电催化行为，研究了电催化剂的催化活性与其尺寸、形貌、晶面、组成(如杂化或复合)以及界面性质等的密切关系。如实验结果表明：不同形貌的MoS2表现出不同的物理化学特性，片状二硫化钼比表面积大，表现出更好的生物兼容性，构建的传感器的稳定性和重现性较好；而球状或“杨桃状”二硫化钼则对小分子(如多巴胺、葡萄糖和过氧化氢等)表现出更好的电催化活性。利用各种电化学方法，并结合量化计算评价多相催化反应机理。结合MoS2、石墨烯、MoS2-石墨烯和金属纳米材料对电化学传感信号的双重放大增强效应，发展了一些新型Beta-激动剂、胆固醇、葡萄糖、过氧化氢无酶电化学生物传感器，这些传感器具较好的选择性、灵敏度、重现性和稳定性，能实现对食品、环境和生物样品进行比较灵敏的电化学测定。如AuNPs/MoS2-GO/GCE传感器对克伦特罗、特步他林和多巴胺有良好的催化电流，其检测限分别为0.64，0.83和0.95 ng mL-1。另外，本研究同时也为其他电化学传感器的设计提供可鉴的实验依据。