新型双功能阳离子瓜尔胶基导电水凝胶的制备，用于食品中叔丁基对苯二酚的便携式定量电化学检测

《Journal of Future Foods》：Fabrication of a novel dual-functional cationic guar gum-based conductive hydrogel for the portable ratiometric electrochemical assay of tert-butylhydroquinone in foods

基于抗肿胀导电水凝胶的便携式电化学传感器在食品中 tert-丁基羟基醌的检测研究

　　
本文报道了一种基于新型导电水凝胶（CHG）的便携式信号开关比色电化学传感器，实现了食品中抗氧化剂四丁基氢醌（TBHQ）的高灵敏度现场检测。研究团队通过静电吸引和氢键作用，将阳离子果胶改性石墨烯（PA-GR）作为导电交联剂，与带有正电荷的Guar gum衍生物（CGG）以及罗丹明B（RB）复合制备出CHG。该材料通过以下机制提升检测性能：1）PA-GR的引入增强了水凝胶的导电性和机械强度；2）RB作为内参比探针，通过静电作用与目标物TBHQ结合，形成稳定的信号转换体系；3）三维多孔结构显著提高吸附容量。

在制备工艺方面，采用室温搅拌法将CGG、PA-GR和RB复合，通过氢键和静电作用形成三维网络结构。SEM显示CHG具有均匀多孔微结构，XRD和FTIR证实了PA-GR的表面修饰成功。Zeta电位测试表明（PA-GR：-16.07 mV，CGG-PA-GR：-2.96 mV，RB：+7.80 mV），各组分通过静电作用实现高效复合。特别值得注意的是，CHG在PBS缓冲液（pH 5.5）中表现出最佳性能，其导电性比非导电水凝胶（HG）提升约97倍（Rct从684.2 Ω降至25.9 Ω），这主要归因于PA-GR的导电网络构建。

电化学性能测试显示，优化后的传感器在0.2-150.0 μM浓度范围内呈现线性响应（R2=0.9991），检测限低至0.038 μM。这种性能提升主要得益于三个创新点：1）PA-GR的磷酸基团与CGG的氨基形成氢键网络，增强材料机械强度和抗肿胀性（肿胀率降低至5.34%）；2）RB与TBHQ通过静电作用形成稳定复合物，实现信号放大约7.94倍；3）水凝胶的三维孔道结构（比表面积26.54 m2/g）提供大量吸附位点，使TBHQ吸附量达4.23 μM/g。

在抗干扰方面，传感器成功抵御了包括氨基酸（L-赖氨酸、L-组氨酸等）、无机离子（CO?2?、Cl?等）在内的常见食品基质干扰，相对标准偏差控制在5.23%以内。实际应用测试表明，在花生油、玉米油等基质中，回收率介于96.00%-104.40%，与高效液相色谱法（HPLC）测定结果高度吻合（R2=0.9991）。特别在炸鸡、鸡块等复杂食品基质中，传感器检测的TBHQ含量（2.11-3.09 mg/kg）与HPLC法偏差小于5%，证实其良好的现场适用性。

技术优势体现在：1）无需复杂预处理，食品样品经甲醇提取、离心过滤后可直接检测；2）单电极微型化设计（SPCE），便于集成便携式检测设备；3）双信号输出机制（TBHQ氧化峰与RB参考峰）消除环境干扰，信噪比提升约15倍。未来改进方向包括引入分子印迹技术提高选择性，以及优化水凝胶的机械性能以延长使用寿命。

该研究为食品现场快速检测提供了新范式，其核心创新在于将导电水凝胶与内参比探针的复合使用，解决了传统电化学传感器易受基质干扰的难题。实验数据显示，在150 μM浓度时，CHG/SPCE的检测灵敏度比常规电极提高近8倍，且抗干扰能力显著优于单一信号输出传感器。这种基于多组分协同作用的检测体系，为现场快速筛查食品中非法添加物提供了可靠技术支撑。