石墨烯表面单层分子印迹功能化的微囊藻毒素选择性光电分析

Microcystins (MCs) are cyclic heptapeptides with serious hepatotoxicity. Due to their stable and dysoxidizable structure, simple electrochemical technology fails to be utilized in detecting them. Moreover, their properties such as low concentration, high toxicity and complicated coexistence systems in water increases the difficulty of their specific recognition. According to their macrocyclicconjugated structures with regularly-spaced double bonds, it is proposed that photocatalytic oxidation and electrocatalytic oxidation are combined and collaborated to act as an efficient and rapid both-in-one oxidation, thereby obtaining sensitive oxidation signals and realizing hypersensitized photoelectricanalysis of MCs. Besides improving their electrochemical activities, the high sensitivity of the sensor can be achieved via constructing a genre of photoelectrocatalyst based on surface molecular imprints as artificial antibodies. It is proposed in this project to achieve the intelligent growth of molecular imprinting functionalized nonopaque flexible structure on the excellent photoelectric chemical anode made by Ti-Fe alloy oxide nanotubes modified with grapheme, so as to build an MCs artificial antibody photoelectric sensor, to establish a newly analytical method on MCs photoelectric integrated oxidation, and to investigate its sensitivity and selectivity in detail. Furthermore, efforts will be made to expound the analytic mechanism of photoelectric integrated oxidation and the coordination mechanism of artificial antibodies' specific recognition associate with photoelectrooxidation. This study will set up a new method for MCs photoelectrochemical analysis.

微囊藻毒素（MCs）环状七肽生物活性肝毒素，由于其结构稳定、难氧化等化学特性，难以直接采用便捷的电化学技术进行监测；同时在水体中往往具有低浓度、高毒性且共存体系复杂等特点，对其进行特异性识别分析难度大。基于MC自身大环间隔双键的共轭结构特性，在前期相关研究基础上，本项目提出利用可见光催化氧化和电化学氧化在同一传感电极表面实现对其快速高效的一体化氧化，获得灵敏的氧化电流信号，实现MC高灵敏的光电分析。结合石墨烯的表面单层分子印迹技术，在构筑光电催化剂时同步赋予高效分子识别功能，可获得光电分析的选择性。研究拟将在石墨烯功能化修饰的Ti-Fe合金氧化物纳米管优可见异光阳极上生长具有分子印迹功能化的透光性柔性结构，从而构筑出MCs可见光电传感器，建立MC可见光电一体化氧化分析新方法，详细考察其灵敏度和选择性。并阐述可见光电一体化氧化的分析机理，以及高效特异性识别与光-电氧化的协同机制。

微囊藻毒素（MCs）是一类分子结构为环状七肽的生物毒素，是蓝藻的次级代谢产物，在水体中广泛存在对生态环境、人体健康和饮用水安全造成极大威胁。探索简单便捷、高灵敏、高选择性的MCs分析新方法具有重要的理论研究意义和应用前景。针对微囊藻毒素（MCs）由于结构稳定、难氧化等化学特性，同时在水体中往往具有低浓度、高毒性且共存体系复杂等特点，难以直接采用便捷的电化学方法进行监测，尤其对其进行特异性识别分析难度大的难题，本项目提出利用可见光电催化方法与表面分子印迹技术相结合，在构筑可见光电催化剂时赋予人工抗体功能的思路。通过本项目研究，取得了系列成果，包括在Ti-Fe合金氧化物纳米管等优异的光阳极上，进行石墨烯表面分子印迹功能化，制备出SMI-graphene/TiO2-Fe2O3 NTs等新颖的具有良好的可见光电催化性能和选择性识别能力的MC-LR光电分析传感电极，同时探索开发了多种针对微囊藻毒素的高效光电传感电极的制备方法；建立了针对MC-LR等典型微囊藻毒素的可见光电分析新方法，实现对MC-LR的高灵敏光电分析，详细考察了方法的选择性与灵敏度，并对所建立的可见光电分析方法的光电氧化的分析机理和响应机制进行探索研究等。此外，还拓展研究出基于石墨烯表面功能化组装的MC-LR核酸适配体传感电极、基于原位表面分子印迹功能化修饰的TiO2@CNT可见光电传感电极等新型功能化光电化学传感电极，实现了对MC-LR等微囊藻毒素的高灵敏、选择性的光电化学检测。这些研究成果不仅为水体环境中微囊藻毒素MCs的监测开辟了一种新的光电分析方法，而且为石墨烯表面分子印迹功能化光电传感器及光电分析方法在环境污染物的高灵敏检测、特异性识别等方面的实际应用提供了一些新的实验技术与实验方法，同时还为进一步拓展高灵敏选择性环境监测方法提供了一些可能的新思路。