基于3D打印纸基电化学生物传感器的菠菜叶片植酸检测平台

本研究创新性地将3D打印技术与纸基电化学生物传感器（SPE）结合，开发了集样品研磨、植酸（IP6）提取与检测于一体的便携式平台。通过植酸酶（Phy）催化水解产生磷酸根（PO43-），与预载钼酸铵形成电活性磷钼酸复合物，利用碳黑纳米颗粒（CBNPs）修饰电极实现1.8-50 μM线性检测（LOD=0.5 μM），为农业食品中抗营养素监测提供高效解决方案。

　　

Highlight

本研究通过3D打印技术构建了一个模块化检测系统，巧妙融合了以下创新点：

1）定制研磨装置实现菠菜叶片高效破碎；

2）双通道漏斗设计可同步进行背景磷酸盐（PO₄^3-）对照检测；

3）酸提取液经预载钼酸铵的滤纸垫时，在亲水酸性区域原位形成磷钼酸复合物（[PMo₁₂O₄₀]^3-）；

4）植酸酶（Phy）修饰的纸基电极（CBNPs/SPE）将检测电位降低至+0.25 V（vs. Ag/AgCl），显著提升灵敏度。

Section snippets

试剂与化学药品

实验采用小麦源植酸酶（Phy）和碳黑纳米颗粒（CBNPs N220），所有试剂均为分析纯。钼酸铵在酸性条件下（pH 3.0）与磷酸根特异性结合，该反应体系可抵抗抗坏血酸（AA）、二价金属离子（Fe²⁺/Zn²⁺）等干扰物影响。

纸基电化学检测原理

植酸（IP₆）在Phy催化下逐步脱磷酸，最终生成6分子PO₄^3-（式1）。这些磷酸根与钼酸铵通过式2-3反应生成[PMo₁₂O₄₀]^3-，其氧化峰电流与IP₆浓度呈正比。CBNPs的引入使电子转移速率提升3倍，这是裸电极（Bare SPE）无法实现的。

Conclusions

该平台在菠菜样品中实现91-109%回收率，验证了其可靠性。未来可通过优化Phy固定化工艺进一步延长传感器寿命，其模块化设计也为其他植物抗营养素检测提供了技术范本。