一种基于肽界面的全固态钙离子选择电极，结合被动防污与主动光热杀菌技术，用于长期海水监测

《Analytical Chemistry》：An All-Solid-State Calcium Ion-Selective Electrode with a Peptide-Based Interface Integrating Passive Antifouling and Active Photothermal Bactericidal Strategies for Long-Term Seawater Monitoring

　　

摘要

生物污损会严重影响在海洋环境中使用的离子选择性电极的长期稳定性。在本研究中，我们开发了一种全固态钙离子（Ca²⁺）选择性电极，该电极具有由植酸（PA）、普鲁士蓝纳米颗粒（PB）以及一种抗菌肽（AMP）构成的多功能抗污界面。通过协同作用和静电相互作用，亲水性的PA–PB纳米颗粒与带正电的AMP共同自组装，在钙离子选择性膜表面形成稳定的抗污界面。本研究的创新之处在于将基于植酸的亲水抗污功能、基于抗菌肽的接触杀菌功能以及基于普鲁士蓝的近红外光热杀菌功能整合到全固态离子选择性电极中。在近红外光照射下，这种涂层具备高效的光热转换能力，能够在六次加热-冷却循环后仍保持稳定的峰值温度和基线水平。该抗污界面能够迅速使细菌失活，同时有效抑制细菌附着，经过近红外光照射后，细菌的附着率降至0.23%–0.36%。重要的是，这种抗污处理并未影响电极的传感性能。该电极在10^–5至10^–1 M的浓度范围内表现出接近能斯特响应特性，响应斜率为28.82 ± 0.48 mV dec^–1，且响应速度极快（<4秒）。长期浸泡测试表明，该传感器在海水中放置50天后仍能保持稳定的响应特性。此外，该传感器还能准确测定沿海海水中的钙离子浓度，其检测结果与ICP-AES方法的检测结果高度一致。本研究为设计适用于海洋监测应用的长寿命抗污离子选择性电极提供了一种简单有效的方案。