石墨烯基危险除草剂的电化学传感

虽然草甘膦是一种广泛使用的无毒除草剂，但由于缺乏便携式设备，其现场检测具有挑战性。尽管地表水、农民的尿液和作物残留物中存在这种除草剂，但目前尚无法获得快速的田间部署和用户友好的传感器，因此需要将样品运输到实验室。

研究：酶激光诱导的石墨烯生物传感器用于除草剂草甘膦的电化学传感。图片来源：FrankHH/Shutterstock.com

在最近发表在《Global Challenges》杂志上的一篇文章中，用固定化的黄酮酶甘氨酸氧化酶（GlyOx）开发了一种铂装饰激光诱导石墨烯（LIG）生物传感器，并用于检测草甘膦除草剂，因为它是GlyOx的底物。因此，这种石墨烯生物传感器为酶附着提供了支架。

结果表明，石墨烯生物传感器的检测范围为10~260微摩尔，检测限（LOD）为3.03微摩尔，灵敏度为每微米0.991纳安。石墨烯生物传感器显示出其他杀虫剂和除草剂的干扰最小，包括2，4-二氯苯氧基乙酸，阿特拉津，对硫磷甲基，麦草畏和噻虫嗪。

此外，开发的石墨烯生物传感器还针对作物残茬液和复杂的河水进行了测试，验证了当前的平台作为检测草甘膦的选择性方法，用于食品分析和除草剂绘图。

石墨烯生物传感器检测草甘膦除草剂

草甘膦，N-（膦酰甲基）甘氨酸，是一种广谱内吸除草剂和作物干燥剂。尽管这种除草剂对人类和动物无毒，但它在大雨后进入地表水和地下积聚涉及影响环境和人类健康的问题。暴露于草甘膦除草剂可能导致各种健康危害，包括非霍奇金淋巴瘤，心脏病，帕金森病和女性不孕症。

目前的草甘膦检测方法包括基于实验室的技术，如质谱和液/气色谱，这些技术是昂贵的设备，具有复杂的协议，需要将样品运输到实验室。因此，需要一种具有成本效益的现场传感器来克服将样品运输到实验室的缺点。

虽然传感方式包括场效应晶体管（FET）和化学发光，用于实验室以外的草甘膦除草剂监测，但这些传感器需要洁净室条件，因此不适合现场使用。

基于电化学传感的草甘膦除草剂检测是一种经济高效且可现场部署的方法，有助于在大面积田间监测和绘制这种除草剂污染图。这些电化学传感器即使在浑浊的样品中也能检测除草剂，并提供目标标记物浓度的数字读数。

石墨烯生物传感器等碳基生物材料是低成本材料，具有有前途的电气性能，大比表面积/孔隙率，适用于现场环境传感。LIG石墨烯生物传感器涉及激光雕刻工艺，无需石墨烯合成，印刷，溶液相油墨和印刷后退火。

在农药方面，石墨烯生物传感器以前用于检测新烟碱类化合物，其与辣根过氧化物酶进一步结合以检测有机磷水解酶，阿特拉津和乙酰胆碱酯酶。因此，石墨烯生物传感器是可行的农药传感器。

酶激光诱导的石墨烯生物传感器用于草甘膦除草剂检测

在本研究中，使用石墨烯生物传感器LIG来检测草甘膦除草剂。铂（Pt）纳米颗粒修饰了LIG电路，提高了其电化学反应性。此外，其与GlyOx酶的生物官能化促进了草甘膦除草剂的选择性监测。因此，开发了一种Pt-GlyOx-LIG传感器，其草甘膦线性感应范围在10至260微摩尔之间，响应时间为150秒，灵敏度为每微米0.991纳安，LOD为3.03微摩尔。

开发的石墨烯生物传感器由于常用的新烟碱类化合物，有机磷酸盐和除草剂而显示出最小的干扰。此外，在复杂流体中进行了回收测试，以验证该石墨烯生物传感器的现场可用性。在这里，传感器暴露于从爱荷华州南臭鼬河收集的带刺大豆和玉米残留物以及河水样本中。

结果显示大豆和玉米残茬的回收率略高，这归因于每种作物中先天甘氨酸组成的氧化。因此，这种具有成本效益的石墨烯生物传感器被证明可以大规模部署，以监测和绘制农业流域中的草甘膦除草剂。

结论

总而言之，本工作展示了使用GlyOx和激光诱导的石墨烯生物传感器来检测草甘膦除草剂。该方法涉及Pt装饰LIG传感器的开发，揭示了这种制造方法的可扩展性，以防止石墨烯合成，剥落，热退火和油墨配方。

LIG优异的电性能、较大的电化学表面积、电催化位点和官能团有利于发达石墨烯生物传感器的生物传感性能。Pt-GlyOx-LIG传感器的检测范围为10至260微摩尔，响应时间为150秒，LOD为3.03微摩尔。此外，由于GlyOx酶的存在，这种石墨烯生物传感器对其他杀虫剂和除草剂的干扰最小。

参考

Johnson, Z. T., Jared, N., Peterson, J. K., Li, J., Smith, E. A., Walper, S. A., Hooe (2022). Enzymatic Laser-Induced Graphene Biosensor for Electrochemical Sensing of the Herbicide Glyphosate. Global Challenges. https://doi.org/10.1002/gch2.202200057