题目: 用于原位监测植物叶片中没食子酸的柔性可穿戴传感器
期刊:Food Chemistry
影响因子：9.8
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.140740
汇报人：李琴-2025级硕士
没食子酸(GA)是天然存在于许多植物和食品中的主要酚类成分之一，因其具有抗氧化和抗突变等特性而日益受到人们的关注。本研究设计了一种新型柔性传感器，用于在线检测植物叶片中的赤霉素A。该传感器采用激光诱导石墨烯(LIG)柔性电极，并用MXene和二硫化钼(MoS2)纳米片增强。MXENE/MoS_2/LIG柔性传感器不仅表现出优异的机械性能，覆盖了1-1000μM的宽检测范围，而且还具有显著的选择性和稳定性。该传感器已成功应用于盐胁迫下草莓叶片中GA含量的原位测定。这种创新的传感器为利用灵活的电子设备原位测量植物体内的代谢物开辟了一条诱人的途径。
没食子酸作为一种广泛存在于植物和食品中的多酚类化合物，因其抗氧化、抗菌等生物活性在食品加工与植物生理研究中具有重要意义；然而传统检测方法如高效液相色谱等虽灵敏度高，但依赖复杂预处理、昂贵设备及体外取样，易造成植物损伤且无法实现原位实时监测。随着精准农业的发展，亟需开发能够适应植物叶片柔软曲面的原位检测技术。近年来，电化学传感器因其操作简便、响应快速等优势受到关注，但传统刚性电极难以贴合叶片表面，限制了其实际应用。柔性电子技术的兴起为解决该问题提供了可能，尤其是激光诱导石墨烯具备高比表面积与优良导电性，结合二硫化钼与MXene等纳米材料可进一步提升传感器的灵敏度与适应性，为植物体内代谢物的原位监测开辟了新途径。
1. LIG基电极的设计
通过系统优化，确定最佳激光功率为3.1 W，扫描速度为10 mm/s，此时形成的LIG电极电化学活性最高。同时，对比不同连接角度的蛇形结构，发现当角度θ = 0°时，电极的导电性和电化学性能最为优异，为后续修饰和应用提供了理想平台。
2. 力学性能的研究
力学测试表明，传感器可承受超过2.5% 的应变。如图所示，即使在反复弯曲和2%的拉伸状态下，其电化学信号（CV曲线）也几乎保持不变。这证明了它能够适应植物叶片的自然形变，确保原位检测的可靠性与准确性。
3. MXene/MoS_2/LIG的表征
通过SEM、EDS、拉曼光谱和XPS等多种分析手段验证了材料的成功制备与改性。SEM图像显示LIG具有连续多孔结构，MoS₂的层状结构均匀分布在石墨烯中，MXene的引入进一步增强了材料的致密性。EDS分析确认了Mo、S、Ti等特征元素的存在，拉曼光谱中出现的G峰、D峰以及MoS₂和MXene的特征峰进一步证实了材料的组成。XPS谱图揭示了C–Ti、C–C、Mo⁴⁺和S 2p等化学键的存在，明确了材料表面的化学状态。电化学阻抗谱显示MXene/MoS₂/LIG的电荷转移电阻显著降低至86.3 Ω，说明其导电性因MXene与MoS₂的协同作用而大幅提升，为传感器的高灵敏度检测性能奠定了材料基础。
4. GA在MXene/MoS_2/LIG上的电化学行为
DPV曲线显示，MXene/MoS₂/LIG对GA的氧化峰电流响应远高于单一材料修饰的电极，证明了强烈的协同催化效应。扫描速率研究表明峰电流与扫描速率的平方根呈线性关系，证实反应为扩散控制过程。同时，系统优化出最佳工作pH为3.0，以及MXene和MoS₂的最佳修饰浓度分别为1.0 mg/mL和0.6 mg/mL 。
5. MXene/MoS_2/LIG的性能
传感器在1–1000 μM的宽浓度范围内表现出良好的线性关系，检测限低至0.625 μM，性能优于多数已报道的传感器。同时，它对多种常见干扰物具有良好的选择性，并展现出令人满意的重现性（RSD < 6.03%）和稳定性（两周后保持84.4%活性）。
6. 实样分析
在盐胁迫下，叶片中的GA含量从 12.99 μM 显著升高至 38.65 μM ，这与植物在逆境下启动抗氧化防御机制的生理过程完全一致，证明该传感器能有效反映植物的生理应激状态，具备实际应用价值。
本研究成功开发了一种基于MXene/MoS₂修饰激光诱导石墨烯的柔性可穿戴电化学传感器，可用于植物叶片中没食子酸的原位监测。该传感器不仅具备优异的机械柔韧性、拉伸性和弯曲稳定性，能很好地贴合柔软的非平面植物叶片表面，而且展现了宽广的检测范围（1–1000 μM）、高灵敏度（检测限0.625 μM）、良好的选择性、重现性和稳定性。通过在实际草莓叶片盐胁迫实验中的应用，该传感器成功实现了对植物体内没食子酸含量的原位、实时检测，证实了其在分析植物生理状态方面的实用潜力。该研究为利用柔性电子技术原位监测植物代谢物开辟了新途径，对智慧农业发展具有重要价值。尽管目前检测中仍需添加缓冲液，未来将探索使用固态电解质以进一步提升检测准确性与实用性。