新煙堿類(lèi)是增長(zhǎng)最快的殺蟲(chóng)劑，占全球農(nóng)藥市場(chǎng)的25%以上，能夠控制破壞農(nóng)田、家庭庭院/花園和高爾夫球場(chǎng)果嶺的一系列害蟲(chóng)。然而，廣泛使用導(dǎo)致傳粉媒介、昆蟲(chóng)和鳥(niǎo)類(lèi)的非目標(biāo)生物減少，而對(duì)人類(lèi)的慢性亞致死影響仍然在很大程度上未知。因此，需要了解新煙堿類(lèi)物質(zhì)在環(huán)境中的流行程度，因?yàn)槟壳皼](méi)有能夠測(cè)量地表水中新煙堿類(lèi)物質(zhì)濃度的市售可現(xiàn)場(chǎng)部署傳感器。在此，我們報(bào)告了利用電化學(xué)傳感進(jìn)行新煙堿類(lèi)檢測(cè)的激光誘導(dǎo)石墨烯 (LIG) 平臺(tái)的第一個(gè)示例。這些基于石墨烯的傳感器是通過(guò)可擴(kuò)展的直寫(xiě)激光制造工藝創(chuàng)建的，該工藝將聚酰亞胺轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)IG，從而消除了石墨烯化學(xué)合成、油墨配方、掩模、模板、圖案輥和通常與其他印刷品相關(guān)的印刷后退火的需要。沒(méi)有化學(xué)/生物功能化條件下使用伏安法，LIG電極能夠監(jiān)測(cè)四種主要的新煙堿類(lèi)物質(zhì)（CLO、IMD、TMX 和 DNT），而且其檢測(cè)限低（CLO，823 nM；IMD，384 nM；TMX，338 nM；和 DNT，682 nM）響應(yīng)時(shí)間短（~10 s）。干擾測(cè)試顯示，對(duì)于廣泛使用的殺蟲(chóng)劑包括闊葉殺蟲(chóng)劑對(duì)硫磷、對(duì)氧磷和氟蟲(chóng)腈，以及內(nèi)吸性除草劑草甘膦（草甘膦）、莠去津、麥草畏和2,4-二氯苯氧乙酸的反應(yīng)微乎其微。這些可擴(kuò)展的基于石墨烯的傳感器具有在流域中大規(guī)模繪制新煙堿類(lèi)物質(zhì)含量的潛力，并有可能在眾多電化學(xué)傳感器設(shè)備中使用。
圖 1. 制造過(guò)程示意圖：(a)激光劃線前在裸PI上使用CO
2激光。 (b) CO2激光劃線。 (c) 所得 LIG。 (d)在電極桿和銀漿上應(yīng)用丙烯酸拋光劑作為鈍化層在電極接觸墊上的應(yīng)用。 (e) LIG的實(shí)際圖像。 激光誘導(dǎo)石墨烯電極的表征： （f）500倍放大倍數(shù)下的SEM圖像。 （g）5000倍放大倍數(shù)下拍攝的SEM圖像。 （h）拉曼光譜。 （i）XPS 測(cè)量。 （j）10、25、50和100mM/s下5 mM亞鐵/亞鐵氰化物的循環(huán)伏安圖。 (k) Randles-Sevcik 圖。
圖 2. 硝基胍官能團(tuán)以紅色突出顯示的不同新煙堿類(lèi)化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)。
圖3. (a)噻蟲(chóng)嗪(TMX)、(b)噻蟲(chóng)胺(CLO)、(c)吡蟲(chóng)啉(IMD)、(d)呋蟲(chóng)胺(DNT)、(e)呋蟲(chóng)胺重復(fù)性和(f)新煙堿類(lèi)化合物組合模型的方波伏安圖和插入校準(zhǔn)圖。
圖 4. 干擾數(shù)據(jù)包括 (a)方波伏安圖和 (b)使用40μM濃度的每種農(nóng)藥與不含農(nóng)藥的磷酸鹽緩沖鹽水基線測(cè)量的電流變化比較。
相關(guān)科研成果由美國(guó)愛(ài)荷華州立科技大學(xué)Zachary T. Johnson和Kelli Williams等人于2021發(fā)表在ACS Sensors（https://doi.org/10.1021/acssensors.1c01082）上。原文：Electrochemical Sensing of Neonicotinoids Using Laser-Induced Graphene。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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