基于MOFs纳米材料的电_光电化学传感器构建及对食品污染物的检测研究.pdf

中文摘要

基于MOFs纳米材料的电/光电化学传感器构建

及对食品污染物的检测研究

摘要

抗生素和真菌毒素是两种常见于食品中的污染物，它们的长期摄入会

对人体健康造成严重影响。抗生素是一类用于治疗人类和动物细菌感染的

药物，然而过度使用导致了抗生素在食品链中的积累。当人们摄入含有抗

生素残留的食物时，可能会导致强烈不良反应和耐药性的问题，对人体健

康产生负面影响。真菌毒素是由真菌（霉菌）产生的有毒化合物，它们可

以在各种食品中产生，尤其是在谷物、干果和蔬菜等储存条件不好的食品

中。真菌毒素的摄入会对人体健康造成严重影响，如肝脏损伤、神经毒性

和致癌作用等。国际癌症研究机构将黄曲霉毒素B1归类为一种已知的人

类致癌物质，长期暴露于高浓度的黄曲霉毒素B1中与肝癌的风险增加密

切相关。因此，为了确保食品的安全和质量，对抗生素和真菌毒素进行实

时检测和监控显得尤为重要。

金属有机框架（Metalorganicframeworks，MOFs）是一类由金属离

子与有机配体桥连组成的晶体材料。它们的孔道系统具有巨大的表面积和

多样的孔径，使其能够吸附和存储气体、液体和离子。这使得MOFs在传

感检测、催化反应、药物传递等领域具有潜在的应用价值。通过选择不同

的金属离子、有机配体及合成条件，可以实现对MOFs的晶体结构、孔道

大小、形状、化学官能团等进行调控。将MOFs与碳材料及金属纳米粒子

复合在电化学传感领域是一种非常有潜力的策略，碳材料如碳管、石墨烯，

具有出色的导电性能，可以加快电子传递，提高电化学传感器的响应速度

和灵敏度。同时，金属纳米粒的催化活性可以促进电化学反应，增强传感

器对目标分析物的检测能力。此外，利用MOFs作为前驱体可以制备可控

纳米结构，通过溶剂处理、热解、分步氧化、硫化等方法可以将MOFs转

化为具有特殊结构的金属氧化物、硫化物、金属复合材料等，进而提高传

感器的分析性能。

本文第一部分以双金属中心MOFs为载体，构建了一种用于诺氟沙星

检测的灵敏、快速电化学传感器；第二部分以MOFs为前驱体，合成了一

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种具有中空结构的半导体材料，结合适配体的特异性识别功能，构建了一

种用于黄曲霉毒素B1痕量检测的光电化学适配体传感器。

第一部分：基于MWCNTs@GO/AuNPs@ZrCeUIO-66构建电化学传感

器用于检测食品中诺氟沙星方法研究

我们构建了一种基于MWCNTs@GO/AuNPs@ZrCeUIO-66电化学传

感器，并应用于诺氟沙星的灵敏检测。首先通过水热法合成了单金属中心

ZrUIO-66，在此基础上用离子交换法合成了双金属中心ZrCeUIO-66，之

后用超声辅助的方法让AuNPs成功附着在ZrCeUIO-66的表面，合成了

AuNPs@ZrCeUIO-66。用超声辅助的方法合成了MWCNTs@GO，并与

AuNPs@ZrCeUIO-66成功复合形成MWCNTs@GO/AuNPs@ZrCeUIO-66

纳米复合材料。ZrCeUIO-66材料经过扫描电子显微镜（Scanningelectron

microscopy，SEM）、透射电子显微镜（Transmissionelectronmicroscopy，

TEM）、X射线衍射仪（X-raydiffractometer，XRD）、傅里叶变换红外光

谱（Fouriertransforminfraredspectroscopy，FT-IR）和X射线光电子能谱

（X-rayphotoelectronspectroscopy，XPS）等技术证明合成成功。实验结

果证实AuNPs的引入可以增强ZrCeUIO-66的电催化活性，

MWCNTs@GO的引入可以改善整体材料的导电性能，提高检测灵敏度。

所得传感器对诺氟沙星的检测线性范围是0.05~120.0μM，检测限低至

0.03μM。

第二部分：光电化学生物传感器的构建及超灵敏检测食品中黄曲霉毒素

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