乙酰胆碱酶（AChE）修饰的柔性石墨烯手性农药传感器

对于生命化学研究来说，手性是生命中的重要特征之一，因为生物系统中的许多化学物质具有特定的手性偏好，其起源程度可追溯到最初生命出现，这些手性化合物的唯一区别是它们是镜像对称结构。生命的选择性使得不同的手性分子对生物的毒性存在巨大的差异，如何鉴别和区分这些化合物对人类来说至关重要。如：方便快速、绿色环保、低成本、高灵敏度的农药检测手段对于食品安全和环境安全具有重大意义。目前手性化合物的检测一般都是用圆二色光谱等仪器检测为主，小型、低成本、便携化的检测设备基本为空白，无法满足现场快速检测的要求。

中国科学院化学研究所的郭云龙研究员、刘云圻院士团队与中国农业大学以及上海交通大学的研究人员合作，通过将乙酰胆碱酯酶（AChE）和电化学还原氧化石墨烯（ERGO）复合，实现了对甲胺磷的便捷化，快速化，实时检测。石墨烯作为一种新型材料，具有高比表面积，强吸附性，良好的导电能力以及良好的生物相容性，在传感领域都有很好地应用，但是石墨烯却不能有效鉴别不同的异构体化合物。AChE作为昆虫体内的甲胺磷受体蛋白，对甲胺磷分子有很强的敏感性，但两者的结合过程却是化学范畴。因此，将ERGO和AChE结合之后，能够利用手性农药对AChE的毒性差异转化为电信号差异，并且在较低浓度下的分子检测。经过测试，这种传感器能够达到对左右旋甲胺磷异构体0.32μg/L 和0.34μg/L的检测限，在10^-3 mg/L的浓度下也能有效区分甲胺磷的两种异构体（图1）。

图1. (a) ERGO与AChE结合示意图；（b）制备器件的示意图以及不同器件的对甲胺磷对映体的响应信号数据。

通过PCB电路板与手机建立连接之后，该传感器能够在普通环境中对不同浓度的手性农药进行测试，并且实时分析鉴别数据，实现了测试的便携化、移动化和低成本化（图2）。

相关论文发表于J. Am. Chem. Soc.，张云鹏和刘晓彤为本论文共同第一作者，中国学院化学研究所郭云龙研究员、刘云圻院士，中国农业大学马永强教授，上海交通大学郭小军教授为本论文的共同通讯作者。

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A Flexible Acetylcholinesterase-Modified Graphene for Chiral Pesticide Sensor

Yunpeng Zhang, Xiaotong Liu, Shi Qiu, Qiuqi Zhang, Wei Tang, Hongtao Liu, Yunlong Guo, Yongqiang Ma, Xiaojun Guo, Yunqi Liu

J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 14643−14649, DOI: 10.1021/jacs.9b05724

导师介绍

刘云圻

https://www.x-mol.com/university/faculty/15488