基于rGO电化学免疫传感器的便携式平台SPARK用于大豆中百草枯残留的高灵敏检测

本研究针对百草枯(PQT)环境污染和健康风险，开发了基于还原氧化石墨烯(rGO)和抗体的便携式电化学传感器平台(SPARK)，实现了大豆基质中PQT的直接检测，检测限达0.3 ng/mL，动态范围0.3-72.9 ng/mL，与标准方法相关性达r=0.99，为农药残留现场检测提供了新工具。

　　

随着百草枯(Paraquat, PQT)在农业中的广泛使用，这种被130多个国家采用的除草剂已成为环境污染物和健康威胁。PQT通过形成自由基PQ˙⁺引发氧化应激，导致细胞膜损伤和DNA病变。尽管欧盟已禁用，美国仍设定其在饮用水中的最大残留限值(MRL)为30 μg/L。传统检测方法如GC-MS和LC-MS/MS虽准确但设备昂贵且无法现场检测，亟需开发便携、灵敏的检测技术。

针对这一需求，国外研究人员开发了名为SPARK的便携式电化学传感器平台。该研究创新性地将还原氧化石墨烯(rGO)作为传感基底，通过1-芘丁酸琥珀酰亚胺酯(PANHS)非共价固定抗PQT抗体，首次用电化学方法计算出芘基交联剂的单层吸附量为244 μC/cm²。研究选用毛豆大豆作为食品基质，通过简易厨房处理方法制备测试样本，验证了平台在实际应用中的可行性。

关键技术包括：1）电化学还原GO制备rGO基底；2）PANHS交联剂介导的抗体固定化；3）非法拉第电化学阻抗谱(EIS)检测；4）便携式EmstatPico电位系统构建；5）与第三方标准方法的相关性验证。

3.1 传感平台表征
通过拉曼光谱证实GO电化学还原为rGO，ID/IG比从0.96增至1.09。FTIR显示1746 cm^-1处NHS酯的C=O伸缩峰证实交联剂结合，1639 cm^-1处氨基峰表明抗体成功固定。循环伏安法显示抗体固定后阳极峰电流从21.8 μA降至20.9 μA。

3.2 大豆基质中PQT检测
在10-100000 Hz频率范围内进行EIS检测，200 Hz处信号变化最显著。平台对PQT的检测限为0.3 ng/mL，动态范围0.3-72.9 ng/mL，r²=0.98。未修饰rGO电极的阻抗响应呈现相反趋势，证实了修饰的特异性。

3.3 便携与台式设备对比
便携式SPARK平台与台式设备的回收率比较显示，在2 ng/mL浓度下无显著差异(p>0.05)。第三方验证显示两者相关性达r=0.99，证实便携设备的可靠性。

3.4 交叉反应性研究
在草甘膦和毒死蜱存在下，PQT特异性响应占比达96%-99.3%，证实平台的高选择性。

3.5 稳定性测试
传感器在4°C储存7天后仍保持80%以上活性，满足实际应用需求。

该研究的重要意义在于：1）首次实现食品基质中PQT的便携式非法拉第检测；2）建立的单频(200 Hz)EIS方法简化了便携设备设计；3）检测灵敏度(0.3 ng/mL)远低于MRL限值；4）为其他农药残留检测提供了技术范式。研究成果发表在《Biosensors and Bioelectronics: X》，为食品安全现场监测提供了创新解决方案。研究团队指出，未来可进一步优化抗体稳定性并扩展至其他食品基质检测，推动电化学传感器在精准农业中的应用。