用于检测斑马鱼胚胎中双酚含量的藻类纸集成传感器

《Science of The Total Environment》：Algae-paper integrated sensor for bisphenol determination in zebrafish embryos

本研究开发了一种基于海藻生物质的可持续纸张传感器，结合生物炭材料，通过印制技术实现BPA的实时监测和生物积累评估。传感器在斑马鱼胚胎培养液中表现出高灵敏度和选择性（检出限58 nM），并成功用于96小时暴露实验中的BPA浓度动态跟踪，验证了其在生态毒理学研究中的实用性。

　　本研究旨在开发一种基于藻类纸的传感器，以实现对斑马鱼胚胎（Z-EBs）中双酚A（BPA）生物富集的检测，并用于监测培养液中的BPA浓度。BPA是一种具有雌激素活性的内分泌干扰物，广泛用于生产环氧树脂和聚碳酸酯等材料，因此其环境释放和污染问题备受关注。为了更有效地进行生物富集研究，本研究提出了一种可持续的传感器方案，采用圆周经济理念，通过 stencil 印刷技术制造，结合由工业副产品制备的纳米生物炭材料，从而实现了对 BPA 的实时监测和定量分析。该方法不仅减少了对有机溶剂的依赖，还提升了传感器的性能，使其适用于生物和环境研究。

藻类纸是由海藻生物质废弃物制成的新型材料，其结构特性使其能够支持 stencil 印刷工艺，形成具有优异导电性能的传感器。通过与不同类型的碳基导电油墨结合，特别是纳米纤维状生物炭（BH-F），该传感器表现出显著的电化学性能提升。研究结果显示，BH-F 的修饰能够增强 BPA 的电氧化反应，从而提高传感器的灵敏度和选择性。此外，该传感器能够在 Z-EBs 培养液中进行实时监测，并在暴露结束后准确评估其生物富集情况，表现出良好的再现性和定量回收率。这些结果表明，藻类纸传感器不仅能够用于环境监测，还具备在生物系统中评估 BPA 暴露效应的潜力。

本研究的传感器设计采用了一系列可重复制造的工艺，使得传感器的生产成本降低，并且能够大规模应用。通过与不同纸张基材（如 Kraft 纸、Luce 纸、Navi 纸和 PET 塑料基材）的比较，研究发现藻类纸在电化学性能方面具有显著优势。这主要是因为藻类纸的纤维结构能够更有效地结合碳油墨和生物炭，形成均匀且稳定的导电层。同时，藻类纸的化学组成（如低含量的木质素和高比表面积的纤维素）也有助于提升其电化学特性，从而改善传感器的整体性能。

为了进一步验证藻类纸传感器的有效性，研究团队在不同浓度的 BPA 暴露条件下对 Z-EBs 进行了实验。实验采用半静态和静态两种暴露方式，分别模拟了不同的污染释放场景。结果表明，无论哪种暴露方式，传感器均能稳定地检测 BPA 浓度，并且其检测结果具有较高的再现性。这说明藻类纸传感器不仅适用于实验室环境，还能够在更复杂的实际环境中发挥作用。此外，传感器还能够区分不同 BPA 浓度导致的 Z-EBs 发育延迟，为生态毒理学研究提供了新的工具。

研究还发现，BPA 在 Z-EBs 中的生物富集能力与其在培养液中的浓度密切相关。通过计算生物富集因子（BCF），研究团队证明了 BPA 在 Z-EBs 中的富集程度显著高于其在培养液中的浓度，尤其是在较高 BPA 浓度下，这种富集效应更加明显。这一发现对于评估 BPA 对水生生物的潜在影响具有重要意义，同时也为后续的生态风险评估提供了基础数据。

本研究的创新点在于将可持续材料（藻类纸）与先进的电化学传感技术相结合，开发出一种便携、环保且高效的检测工具。这种传感器不仅可以用于实验室研究，还能够在现场环境中进行快速检测，从而满足生态毒理学研究对实时监测的需求。此外，该方法避免了传统检测技术中繁琐的样品提取和纯化步骤，提高了检测效率，并降低了实验成本。

综上所述，本研究成功开发了一种基于藻类纸的传感器，能够有效监测 BPA 在斑马鱼胚胎培养液中的浓度，并评估其生物富集情况。该传感器不仅具有优异的电化学性能，还符合可持续发展的理念，为环境和生态毒理学研究提供了一种新的解决方案。未来的研究可以进一步探索该传感器在不同环境条件下的适用性，并扩展其在其他污染物检测中的应用。