电位可析型光电化学生物传感器研究及在食品污染物检测中的应用

Environmental pollution has brought about serious food safety problems. The development of simple, rapid, accurate and efficient detection methods for food contaminants is of great significance to protect people's health. Photoelectrochemical (PEC) biosensor as a new analysis technology has attracted much attention for food safety in recent years. But at present, PEC detections have to be conducted in the lab and only a single target can be detected at a time, which don’t meet the demands of food safety for multiple targets detection or on-site detection. To solve this problem, we propose the potentiometric resolved PEC biosensors. Introducing the applied voltage as a new control parameter, multiple PEC signals from different PEC active materials modified on one electrode can be well distinguished through the photocurrent change under different bias voltage and ensure the multiple targets detection capability. Besides this, the demand on the stability of light source can also be reduced with this principle through ratiometric sensing, PEC detection can be achieved under sunlight and other environmental light and realize the portability of the instrument, which is beneficial for its full play in food inspection.

环境污染带来了严重的食品安全问题，发展简便、快速、准确和高效的食品污染物的检测方法，是关系到人民群众身体健康的重要问题。光电化学生物传感器作为一种新兴的分析检测技术，近年来在食品安全领域的应用受到广泛关注。但目前光电检测一般还必须在实验室中进行，同时缺乏多信号识别能力，每次只能检测一种目标物，无法很好地满足食品安全检测中多目标物检测、现场检测等需求。为解决这一问题，我们提出了电位可析型光电化学生物传感器。引入电压作为一个新的控制参数，通过不同偏置电压下的光电流变化，成功对同一电极上来自不同材料的多种光电信号进行了区分，从而可以实现多目标物同时检测。除此之外，该原理还可以通过比率检测的方式，降低光电系统对光源稳定性的需求，在太阳光等环境光下即可完成检测，实现仪器的便携化，充分发挥光电检测在食品检验中的应用价值。

传统的光电化学检测一般需要在稳定光源照射下，通过测量固定电压下的光电流变化对目标物进行定量。所以检测通常在实验室中进行，每次仅能检测单一目标物。本项目考察了多种新型光电材料在检测中的应用，探索了电位可析等新型光电化学检测原理发展，研制了多种便携光电传感器件并应用于食品污染物检测，主要研究成果包括：基于电位可析原理，开发了可用于双目标物同时检测的光电化学生物传感器；结合光电化学和电致变色原理，开发了比率可视化光电生物传感器，无需电化学工作站，在阳光下即可实现对赭曲霉毒素A的检测；结合光电传感和自供能传感，研制了用于检测有机污染物的便携式自供能光电传感器芯片；通过激光刻蚀技术制备了高通量光电传感芯片，仅需一次加样就可以对赭曲霉毒素，林可霉素以及克瘟散这三种有机类污染物的进行同时检测。通过本项目的研究，探索了通过引入电位等控制参数下光电信号输出的变化规律，为光电传感的进一步发展提供了新思路。同时有效提高了检测效率，降低了检测成本，并拓展了应用范围，为食品污染物的现场检测提供了有力工具。