基于聚赖氨酸/黑磷-多孔石墨烯-银纳米复合材料的超灵敏无标记伏安法检测邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯

本研究针对塑化剂DEHP对环境和健康的严重威胁，开发了一种基于PLL/BP-PG-Ag纳米复合材料的分子印迹电化学传感器。该传感器通过电聚合邻苯二胺构建特异性识别位点，实现了对DEHP的超高灵敏度检测（线性范围10fM-2μM，检测限7.09fM），在包装材料实际样品中表现出优异的选择性和准确性，为食品安全监测提供了新技术方案。

　　

在现代工业社会中，塑料制品无处不在，而赋予塑料柔韧性的塑化剂却可能成为潜伏的健康威胁。邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯（DEHP）作为一种广泛使用的塑化剂，由于与塑料聚合物基体之间缺乏共价键结合，容易从包装材料中迁移至食品、水体等环境介质，进而通过食物链在人体内富集。研究表明，DEHP具有致癌、致畸、内分泌干扰等多种毒性效应，对人类健康构成严重风险。因此，发展快速、灵敏、可靠的DEHP检测方法至关重要。

传统检测方法如高效液相色谱（HPLC）、气相色谱-质谱联用（GC-MS）等虽灵敏度高，但存在样品前处理复杂、仪器昂贵、需要专业人员操作等局限性，难以满足现场快速检测的需求。电化学传感器以其高灵敏度、快速响应和成本低廉等优势受到广泛关注，然而在检测复杂样品中的痕量物质时，仍面临选择性不足和灵敏度不够两大挑战。

分子印迹技术（MIT）为解决选择性难题提供了可行方案。分子印迹聚合物（MIPs）能够模拟抗体的特异性识别功能，在聚合物网络中形成与目标分子形状、大小及功能基团分布精确匹配的印迹空穴。但传统MIPs材料往往存在电极表面附着力差、电子电导率低等问题，影响电化学信号的传导。纳米材料因其独特的物理化学性质、大比表面积和优异的电催化性能，可有效促进电子转移和信号放大，为构建高灵敏度传感器提供关键支持。

在此背景下，湖南工业大学包装与材料工程学院的研究团队在《Sensing and Bio-Sensing Research》上发表了一项创新研究成果，他们成功开发了一种基于聚赖氨酸/黑磷-多孔石墨烯-银（PLL/BP-PG-Ag）纳米复合材料的新型电化学分子印迹传感器，用于DEHP的超灵敏、高选择性检测。

为开展本研究，研究人员主要采用了以下关键技术方法：通过溶剂热和超声还原法合成BP-PG-Ag纳米复合材料；利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、拉曼光谱（Raman）和X射线光电子能谱（XPS）对材料进行表征；通过循环伏安法（CV）电聚合邻苯二胺（o-PD）在修饰电极表面构建分子印迹膜；采用差分脉冲伏安法（DPV）评估传感器性能；使用实际卷烟包装纸样品进行方法验证。

2.1. PLL/BP-PG-Ag纳米复合材料的表征

通过SEM和TEM图像分析表明，制备的多孔石墨烯（PG）具有均匀的三维交联网络结构，比表面积大，有利于电化学动力学过程。黑磷纳米片（BPNPs）呈现少层和单层片状结构，成功通过液相剥离法制备。BP-PG-Ag复合材料中，BPNPs紧密嵌入PG片层中，银纳米颗粒（AgNPs）均匀锚定在BP-PG复合物表面和边缘。PLL成功包覆BP-PG-Ag复合物，形成薄膜状涂层。拉曼光谱和XPS分析证实了P-C键的形成，表明黑磷与石墨烯之间存在化学相互作用。电化学测试显示，PLL/BP-PG-Ag/GCE修饰电极具有优异的电化学性能和稳定性。

2.2. MIP/PLL/BP-PG-Ag/GCE的表面形貌

SEM表征显示，模板洗脱前，MIP/PLL/BP-PG-Ag/GCE表面覆盖着相对较薄且均匀致密的聚苯二胺（PPD）薄膜。洗脱DEHP模板分子后，传感器表面变得明显粗糙，这是由于DEHP分子从PPD膜网络中被去除，在传感器表面产生了空穴。而非印迹传感器（NIP）表面则呈现不规则形貌，包括表面粗糙度和颗粒聚集。

2.3. MIP/PLL/BP-PG-Ag/GCE制备条件的优化

通过系统优化实验参数，确定最佳条件为：电聚合扫描圈数10圈，单体与模板摩尔比3:1，洗脱时间30分钟（使用20%乙酸水溶液与甲醇的混合液）。这些条件保证了印迹膜具有适当的厚度和结构完整性，以及足够的识别空穴密度。

2.4. DEHP检测条件的优化

研究表明，最佳孵育时间为20分钟，此时DEHP与印迹空穴的结合达到饱和。pH值影响实验表明，在pH 5.0条件下，DEHP分子与传感器表面印迹空穴的亲和力最强，此时氨基基团主要以非离子化状态存在，最大化其与DEHP分子的氢键结合能力。

2.5. MIP传感器的分析性能

在最优条件下，传感器对DEHP表现出宽广的线性检测范围（10fM至2μM），检测限（LOD）低至7.09 fM，定量限（LOQ）为23.61 fM。与以往报道的检测方法相比，本研究开发的传感器在灵敏度方面具有显著优势。

2.6. 空白评估和程序污染控制

通过严格的空白对照实验证实，溶剂、玻璃器皿和提取空白样品的DPV响应信号变化可忽略不计，表明分析系统清洁度高，背景污染得到有效控制，确保检测信号的特异性。

2.7. MIP传感器的选择性、重现性和稳定性

选择性实验表明，传感器对DEHP表现出高度特异性识别能力，印迹因子β达到9.7，远高于其他结构类似物（DOP、DMP、DEP、DBP、DINP等）。传感器还表现出良好的重复性（RSD = 3.04%）、重现性（RSD = 2.78%）和稳定性（14天后保持95%的初始响应值）。

2.8. 实际样品分析

将传感器应用于卷烟包装纸样品中DEHP的检测，回收率在94.56%至102.66%之间，相对标准偏差（RSD）为1.87%至5.21%。与GC-MS方法的对比结果显示出良好的一致性，验证了传感器在实际样品分析中的可靠性。

本研究成功开发了一种基于PLL/BP-PG-Ag纳米复合材料的高灵敏度、无标记电化学分子印迹传感器，用于检测包装材料中的DEHP。该传感器不仅具有极高的灵敏度（检测限达7.09 fM）和宽广的线性范围，还表现出优异的选择性、稳定性和重现性。通过将分子印迹技术与纳米材料相结合，有效解决了传统检测方法中选择性不足和灵敏度不够的难题。

这项研究的重要意义在于为塑化剂的快速、灵敏检测提供了一种创新解决方案，特别适用于包装材料安全监测领域。传感器的小型化和便携性潜力使其有望应用于现场快速筛查，为食品安全和环境污染监测提供技术支撑。此外，研究中开发的纳米复合材料合成策略和传感器构建方法也可推广至其他有害物质的检测，为开发高性能传感器提供了新思路。

该研究成果不仅推动了分子印迹传感器技术的发展，也为包装材料安全评估提供了可靠的分析工具，对保障消费者健康和环境保护具有重要实践价值。随着未来技术的进一步优化和推广应用，这种高灵敏度检测平台有望在食品安全监控、环境监测和临床诊断等领域发挥重要作用。