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向壁虎取经 我校科学家造出高效检测农药残留“神器”

核心提示: 韩鹤友教授课题组受壁虎能够“飞檐走壁”的启发,将仿生思想与纳米技术相结合,创制了一种仿壁虎脚纳米SERS基底,可高效检测果蔬表面多组分农药残留。

南湖网讯(通讯员王盼 涵旗)壁虎是自然界的“纳米高手”。早前,科学家研究发现,壁虎能够飞檐走壁的奥秘在于脚底隐藏着数百万根纳米级的刚毛,而每根刚毛末端又有数百根更细的分支。这些柔软的纳米结构能够任意的调整角度与墙壁充分接触,极大地增加了脚掌与墙壁的接触面积,产生巨大的粘附力。

受这一现象的启发,我校韩鹤友教授带领的课题组创制了一种仿壁虎脚纳米SERS基底。与传统基底相比,一块成人指甲盖大小的仿壁虎脚基底表面拥有数亿根与壁虎刚毛结构类似的柔软纳米“触角”,当用于果蔬表面多组分农药残留检测时,这些“触角”能够极大增加基底与样品的接触面积,产生极强的分子引力,实现基底与实际样品表面的亲密接触,做到无损伤、直接、快速检测。

韩鹤友课题组以表面超疏水化处理的阳极氧化铝(AAO)为模板,用聚二甲基硅氧烷将阳极氧化铝的形貌复制下来,得到了与壁虎脚刚毛类似的3D纳米“触角”阵列结构,并利用种子沉积法将银纳米粒子修饰到“触角”阵列上。利用这些高密度的“触角”,便能够像壁虎脚底的刚毛一样自由地到达实际样品表面的微小区域,通过“擦”、“粘贴-揭起”等简单的采样方式,对复杂表面的微量样品进行原位、无损伤地直接收集,省去了样品预处理的繁琐过程,大大缩短了分析时间。

不仅如此,“触角”阵列上修饰的银纳米粒子之间还可产生数量可观的拉曼信号“热点”,使得样品表面的拉曼散射效应(SERS强度)增强1200万倍,极大地提高了检测的灵敏度。在实验中,韩鹤友课题组创制的神奇材料成功实现了苹果、葡萄、黄瓜表面的甲基对硫磷、福美双、孔雀石绿等农药残留的高效检测,检测限达到了1.6 纳克/平方厘米。一块成人指甲盖大小的果蔬表面,只要有十亿分之一克农药残留,都能够被快速检测出来。

近日,本研究成果发表在国际分析化学领域权威期刊《Analytical Chemistry》杂志(论文:Gecko-InspiredNanotentacle Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Substrate for Sampling andReliable Detection of Pesticide Residues in Fruits and Vegetables, Anal. Chem.2017, 89, 2424−2431.)。这是韩鹤友课题组继用“知了翅膀SERS检测H5N1等动物病毒”ACSapplied materials & interfaces.,2014,6,6281-6289.封面文章工作后,将仿生思想与纳米技术相结合,突破传统基底的制备限制的又一成果。硕士生王盼和博士生吴龙为共同第一作者,韩鹤友教授为通讯作者。

研究得到了国家自然科学基金(21375043)、国家重点研发计划(2016YFD0500700)和农业微生物学国家重点实验室的资助。

论文链接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.analchem.6b04324

审核人:韩鹤友

责任编辑:兰涵旗
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