基于弹性蛋白样肽修饰电化学传感器阵列的地下水全氟辛烷磺酸快速检测新方法

本研究针对传统PFAS检测方法耗时、依赖实验室设备等问题，开发了一种基于弹性蛋白样肽(ELPs)修饰的智能电化学传感器阵列，通过结合疏水/氟亲和性ELPs与化学计量学模型，实现了地下水样品中全氟辛烷磺酸(PFOS)的无预处理快速检测，检测限达56.7±6.3 ppb，为环境污染物现场监测提供了可持续解决方案。

　　

全氟和多氟烷基物质(PFAS)作为"永久化学品"，因其在炊具、消防泡沫等工业品中的广泛应用，已成为全球性环境污染物。这类物质具有生物累积性和毒性，与糖尿病、肾癌等多种疾病相关。美国环保署(EPA)设定的健康限值仅4 ppt，但现有检测方法如液相色谱-质谱(LC-MS)需复杂前处理且无法现场检测，严重制约了环境监测效率。

针对这一技术瓶颈，国外研究团队开发了创新型电化学传感器阵列。研究通过微加工技术制备金电极，并修饰三类弹性蛋白样肽(ELPs)：含酪氨酸的亲水性ELP、含对三氟甲基苯丙氨酸(tFF)的氟亲和性ELP、含4-炔丙氧基苯丙氨酸(pPr)的疏水性ELP。这些生物聚合物通过C端半胱氨酸与电极形成Au-S键固定，其相变温度(LCST)特性可响应PFOS结合。在铁氰化钾/亚铁氰化钾氧化还原介质存在下，通过循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)分析电极-电解质界面特性，发现PFOS与ELPs的相互作用会显著增加电荷转移电阻(R_ct
)。其中氟亲和性ELP修饰电极灵敏度达4.03±0.25 Ohm/ppb，疏水性ELP电极达22.7±2.7 Ohm/ppb。

关键技术包括：1) 光刻微加工制备2 mm直径金盘电极；2) ELPs相变温度表征；3) 电化学阻抗谱(EIS)分析界面电荷转移特性；4) X射线光电子能谱(XPS)验证表面修饰；5) 偏最小二乘回归(PLSR)建立预测模型。使用以色列商业水井的真实地下水样本进行验证。

主要研究发现：

1. ELPs相变特性表征：氟亲和性ELP在PFOS存在下LCST变化最显著，表明其特异性相互作用。
2. 电极修饰表征：XPS证实ELPs成功固定，疏水性ELP使峰值电流降低4倍，形成绝缘层。
3. PFOS检测性能：在模拟地下水中，传感器阵列对PFOS的检测限达25.2±1.5 ppb，且20 ppm腐殖酸干扰<6%。
4. 实际样本验证：PLSR模型成功预测真实地下水中的PFOS(PCC=0.980，LOD=56.7±6.3 ppb)。

该研究首次实现无需前处理的PFOS现场检测，突破传统方法局限。ELPs的生物相容性和稳定性为传感器可持续应用奠定基础。未来通过微流控富集等技术结合，有望将检测限提升至ppt级。这项发表于《Journal of Hazardous Materials》的成果，为环境污染物监测提供了新范式，对保障饮用水安全和生态健康具有重要意义。