美国爱荷华州立科技大学Zachary T. Johnson课题组--使用激光诱导石墨烯对新烟碱类物质的电化学传感
新烟碱类是增长最快的杀虫剂，占全球农药市场的25%以上，能够控制破坏农田、家庭庭院/花园和高尔夫球场果岭的一系列害虫。然而，广泛使用导致传粉媒介、昆虫和鸟类的非目标生物减少，而对人类的慢性亚致死影响仍然在很大程度上未知。因此，需要了解新烟碱类物质在环境中的流行程度，因为目前没有能够测量地表水中新烟碱类物质浓度的市售可现场部署传感器。在此，我们报告了利用电化学传感进行新烟碱类检测的激光诱导石墨烯 (LIG) 平台的第一个示例。这些基于石墨烯的传感器是通过可扩展的直写激光制造工艺创建的，该工艺将聚酰亚胺转化为LIG，从而消除了石墨烯化学合成、油墨配方、掩模、模板、图案辊和通常与其他印刷品相关的印刷后退火的需要。没有化学/生物功能化条件下使用伏安法，LIG电极能够监测四种主要的新烟碱类物质（CLO、IMD、TMX 和 DNT），而且其检测限低（CLO，823 nM；IMD，384 nM；TMX，338 nM；和 DNT，682 nM）响应时间短（~10 s）。干扰测试显示，对于广泛使用的杀虫剂包括阔叶杀虫剂对硫磷、对氧磷和氟虫腈，以及内吸性除草剂草甘膦（草甘膦）、莠去津、麦草畏和2,4-二氯苯氧乙酸的反应微乎其微。这些可扩展的基于石墨烯的传感器具有在流域中大规模绘制新烟碱类物质含量的潜力，并有可能在众多电化学传感器设备中使用。
图 1. 制造过程示意图：(a)激光划线前在裸PI上使用CO2激光。 (b) CO2激光划线。(c) 所得 LIG。(d)在电极杆和银浆上应用丙烯酸抛光剂作为钝化层在电极接触垫上的应用。(e) LIG的实际图像。激光诱导石墨烯电极的表征：（f）500倍放大倍数下的SEM图像。（g）5000倍放大倍数下拍摄的SEM图像。（h）拉曼光谱。（i）XPS 测量。（j）10、25、50和100mM/s下5 mM亚铁/亚铁氰化物的循环伏安图。(k) Randles-Sevcik 图。
图 2. 硝基胍官能团以红色突出显示的不同新烟碱类化合物的化学结构。
图3. (a)噻虫嗪(TMX)、(b)噻虫胺(CLO)、(c)吡虫啉(IMD)、(d)呋虫胺(DNT)、(e)呋虫胺重复性和(f)新烟碱类化合物组合模型的方波伏安图和插入校准图。
图 4. 干扰数据包括 (a)方波伏安图和 (b)使用40μM浓度的每种农药与不含农药的磷酸盐缓冲盐水基线测量的电流变化比较。
相关科研成果由美国爱荷华州立科技大学Zachary T. Johnson和Kelli Williams等人于2021发表在ACS Sensors（https://doi.org/10.1021/acssensors.1c01082）上。原文：Electrochemical Sensing of Neonicotinoids Using Laser-Induced Graphene。