基于BiVO4-MWCNTs的柔性光寻址光电化学传感器实现甜味剂无酶高通量检测

《Microchemical Journal》：Highly flexible and robust light-addressable photoelectrochemical sensor based on BiVO 4-MWCNTs for enzyme-free high-throughput detection of sweeteners

本文报道了一种基于钒酸铋-多壁碳纳米管（BiVO4-MWCNTs）的柔性光寻址光电化学（PEC）传感器，通过单通道分析器实现了葡萄糖、赤藓糖醇等甜味剂的高通量检测。该传感器创新性地采用Ag/AgCl阴极和阵列化设计，兼具高机械强度、低成本优势（检测限10-240 mg/L），为食品安全筛查提供了便携式解决方案。

　　

Highlight

本研究开发了一种新型柔性纸基光寻址光电化学（PEC）传感器，用于甜味剂的无酶高通量检测。这种太阳能电池型传感器包含八个检测区，每个区域由单壁碳纳米管（SWCNTs）/BiVO₄-多壁碳纳米管（MWCNTs）光阳极和Ag/AgCl阴极组成，可通过真空过滤、丝网印刷和激光切割技术大规模制备。

材料

疏水聚偏氟乙烯（PVDF）滤膜（直径50 mm，孔径0.22 μm）和过滤装置购自上海莫苏科技有限公司。单壁碳纳米管（SWCNTs，纯度95%，直径1–2 nm，长度5–30 μm）和多壁碳纳米管（MWCNTs，纯度95%，直径10–20 nm，长度10–30 μm）购自江苏先丰纳米材料科技有限公司。实验试剂包括十二烷基磺酸钠（SDS）、五水合硝酸铋（Bi(NO₃)₃·5H₂O）等。

BiVO₄-MWCNTs PEC传感器的制备与表征

通过超声分散原始SWCNTs粉末于SDS水溶液中可获得高度分散的SWCNTs（图S5a-b），结合真空过滤技术可在PVDF膜上均匀沉积SWCNTs导电层（图2a，S5c-d）。该多孔结构支持通过顺序过滤进一步沉积功能材料。本研究选用具有窄带隙（约2.4 eV）和优异光捕获能力的BiVO₄作为光活性材料[22]。

结论

总之，我们成功开发了一种用于甜味剂无酶高通量检测的柔性纸基光寻址PEC传感器。MWCNTs的引入显著增强了BiVO₄光活性材料的薄膜形成能力和光诱导电子转移过程，而Ag/AgCl阴极则通过高效的阴极补偿反应提升了传感器性能。该传感器在葡萄糖（GLU）和赤藓糖醇（ERY）检测中表现出宽线性范围和低检测限，且可通过并联多个传感器轻松扩展检测通量。本研究为食品饮料中甜味剂的快速筛查提供了便携、灵活的PEC检测平台。