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江西农业大学卢丽敏/付如民Anal. Chem:AI集成的贴合纤维素纳米纤维增强水凝胶贴片用于嘧霉胺残留的比率荧光监测

  • 2026-11-04 00:43:08
江西农业大学卢丽敏/付如民Anal. Chem:AI集成的贴合纤维素纳米纤维增强水凝胶贴片用于嘧霉胺残留的比率荧光监测

生物传感器

本研究提出了一种基于聚乙烯醇/纤维素纳米纤维复合网络的双发射比率荧光水凝胶(PVA/CNF/Eu-MOF/CDs)传感器,用于嘧霉胺的高灵敏度、高保真原位检测。利用纤维素基水凝胶为活性识别骨架,通过其羟基与纤维结构强化农药富集与传质,同时构建原位合成的双发射比率荧光体系以实现自校准抗干扰。进一步结合反向传播人工神经网络(BP-ANN)处理多维度信号,校正环境与操作误差,实现食品及环境样品中PMT的实时原位、高灵敏检测。

双发射比率探针合成:将铕基金属有机框架(Eu-MOF)与碳点(CDs)协同锚定于聚乙烯醇/纤维素纳米纤维(PVA/CNF)复合水凝胶网络体系中。其中,纤维素纳米纤维不仅作为机械增强相,显著提升水凝胶的力学性能与柔韧性(断裂应变>370%),确保其可与植物表面实现紧密共形贴附,同时作为活性富集载体,通过其表面丰富的含氧官能团与嘧霉胺分子发生特异性化学吸附作用,实现目标分析物的预富集,可使检测信号强度提升约2倍,有效解决传统水凝胶传感富集效率低下的技术难题。

图1.智能植物可穿戴水凝胶传感器示意图

比率信号原理:利用Eu-MOF在612 nm处的特征红色发射峰与碳点在388 nm处的蓝色发射峰,构建双发射自校准比率检测体系,可有效消除环境光散射、仪器信号漂移等外界干扰因素的影响,大幅提升检测结果的稳定性与准确性。为实现嘧霉胺残留的精准量化分析,将智能手机成像技术与反向传播人工神经网络相结合,通过提取荧光图像的R、G、B通道特征参数,训练建立嘧霉胺浓度预测模型,最终实现目标农药残留的高保真定量检测。

该水凝胶传感贴片可灵活实现与番茄、黄瓜、茄子等多种农产品表面的共形贴附,完成嘧霉胺残留的快速原位检测,其检测限低至33.46 μg/kg,加标回收率范围为94.0%~104.7%。本研究成果将突破现有农药残留检测技术的局限,为田间部署的农药残留实时、原位监测提供了高效、便捷且具有实际应用前景的创新技术解决方案。

文献链接

https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5c08260

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