抗生素分子印迹光子晶体光纤传感器阵列的设计、构建及其应用研究

The antibiotics pollution and their potential hazards have become the hot topics in environment domain. In order to study on the environmental behaviors of antibiotics, and offer the evidences for the prevention and cure of correlative pollution, and evaluation of environmental risks, it is necessary to find methods for on-site rapid detecting the dynamic change of antibiotics pollution in flowing environmental water. Because of the problems of poor stability, bad reproducibility and high cost, the traditional analytical procedures are difficult to be applied directly in flowing water to monitor the dynamic change of antibiotics pollution. In the present proposal, a versatile molecularly imprinted photonic crystal fiber sensor (MIPCFS) array system will be designed and fabricated by integrating the molecular imprinting technology, photonic crystal fiber sensing technology and laser technology. The obtained MIPCFS is expected to be stretched into anywhere of environmental water for the detection of antibiotics on-site with low background interference. By coupling the sample enrichment and on-site detection, the fabricated MIPCFS system will possess the advantages of high sensitivity, good selectivity, rapid, greenness and high-throughput characteristics. The MIPCFS system can be used to monitor in real-time the change of antibiotics pollution and trace the pollution source in flowing environmental water, which is useful for obtaining the pollution data of antibiotics for environmental risk assessment. Furthermore, this research will be of great significance for the miniaturization and automation of analytical instrument for antibiotics.

抗生素污染及其危害是当前环境领域的热点问题，亟需现场快速检测手段，针对动态环境样品进行在线分析，以便及时追踪抗生素的环境行为，为相关污染防治、污染修复及环境风险评估提供科学依据。本项目融合光子晶体光纤传感技术、分子印迹技术及激光技术，针对多种抗生素设计和构建分子印迹光子晶体光纤传感器(MIPCFS)阵列系统。该系统集抗生素的富集和检测于一体，可将光纤探头伸入到环境水体中任何部位，对水体中的目标抗生素进行原位动态监测，并最终建立环境(流动)水体中多种抗生素的原位监测或远程监控新方法。该系统将具有选择性好、灵敏度高、方便快捷、绿色环保等多功能特性。本项目的实施将解决现有抗生素现场监测方法稳定性和重现性差、分析成本高，难以提供抗生素的实时污染数据的难题，并解决在流动水体中快速检测抗生素的难题，为环境风险评估提供抗生素污染数据及污染源示踪，并为环境水体中抗生素分析仪器的微型化和自动化打下基础。

抗生素的滥用造成的环境污染以及造成对微生物的生态系统严重威胁，并通过食物链在人体中产生堆积，进而影响人类的生活健康。开发一种新的检测方法对河流中抗生素的含量进行实时监控是十分必要的。随着光纤传感技术的迅猛发展，各种光纤传感器也应运而生。分子印迹技术结合光纤传感技术既保留了其原本可实现现场检测、灵敏度高等优点又增添了对目标物的选择特异性。分子印迹复合水凝胶材料既保留了分子印迹的特异性识别能力，又具有水凝胶的高亲水性、在水体中溶胀不溶解等优点。基于此，本项目主要做了以下几部分的研究工作：.（1）将光源、Y型光纤、法兰适配器、滤光片及其支架、光纤光谱仪等光学装置相互连接，搭建了一套新型的荧光光纤传感器系统，该传感器系统可以通过法兰适配器更换光纤探头，进而对不同目标物进行定量检测。经过检验，搭建的光纤传感器系统对荧光物质具有较好的荧光信号响应且信号稳定，可用于进一步的实验探究。.（2）把搭建的光纤传感器系统与分子印迹纳米材料复合聚乙二醇双丙烯酸酯水凝胶（MINs@PEGDA）相结合，在石英光纤探头表面化学黏附复合材料，制备出一种新型的可替换、可一次性使用的分子印迹荧光光纤传感器探头，用于环丙沙星的快速、高选择性检测。所搭建的传感器系统对环境水样中环丙沙星的检测具有良好的特异性、选择识别性和抗干扰能力，并且环丙沙星（CIP）浓度与传感器响应的荧光强度之间存在良好的线性关系。该系统有望应用于环境水体中环丙沙星的现场快速定量检测。.（3）在表面活化后的石英光纤探头表面化学修饰聚丙烯酰胺分子印迹水凝胶（PAMMIH），结合搭建的光纤传感器，制备出一种新型的可替换、可重复使用的分子印迹荧光光纤传感器，用于莫西沙星的快速、高选择性检测。该新型传感器在一定条件下具有良好的抗干扰能力以及特异性和选择性识别效果。该检测系统运用于宠物用莫西沙星注射液的检测，该检测系统选择性好，抗干扰能力强，有望应用于复杂环境水体中莫西沙星的现场监测。