新煙堿類是增長最快的殺蟲劑，占全球農藥市場的25%以上，能夠控制破壞農田、家庭庭院/花園和高爾夫球場果嶺的一系列害蟲。然而，廣泛使用導致傳粉媒介、昆蟲和鳥類的非目標生物減少，而對人類的慢性亞致死影響仍然在很大程度上未知。因此，需要了解新煙堿類物質在環境中的流行程度，因為目前沒有能夠測量地表水中新煙堿類物質濃度的市售可現場部署傳感器。在此，我們報告了利用電化學傳感進行新煙堿類檢測的激光誘導石墨烯 (LIG) 平臺的第一個示例。這些基于石墨烯的傳感器是通過可擴展的直寫激光制造工藝創建的，該工藝將聚酰亞胺轉化為LIG，從而消除了石墨烯化學合成、油墨配方、掩模、模板、圖案輥和通常與其他印刷品相關的印刷后退火的需要。沒有化學/生物功能化條件下使用伏安法，LIG電極能夠監測四種主要的新煙堿類物質（CLO、IMD、TMX 和 DNT），而且其檢測限低（CLO，823 nM；IMD，384 nM；TMX，338 nM；和 DNT，682 nM）響應時間短（~10 s）。干擾測試顯示，對于廣泛使用的殺蟲劑包括闊葉殺蟲劑對硫磷、對氧磷和氟蟲腈，以及內吸性除草劑草甘膦（草甘膦）、莠去津、麥草畏和2,4-二氯苯氧乙酸的反應微乎其微。這些可擴展的基于石墨烯的傳感器具有在流域中大規模繪制新煙堿類物質含量的潛力，并有可能在眾多電化學傳感器設備中使用。
圖 1. 制造過程示意圖：(a)激光劃線前在裸PI上使用CO
2激光。 (b) CO2激光劃線。 (c) 所得 LIG。 (d)在電極桿和銀漿上應用丙烯酸拋光劑作為鈍化層在電極接觸墊上的應用。 (e) LIG的實際圖像。 激光誘導石墨烯電極的表征： （f）500倍放大倍數下的SEM圖像。 （g）5000倍放大倍數下拍攝的SEM圖像。 （h）拉曼光譜。 （i）XPS 測量。 （j）10、25、50和100mM/s下5 mM亞鐵/亞鐵氰化物的循環伏安圖。 (k) Randles-Sevcik 圖。
圖 2. 硝基胍官能團以紅色突出顯示的不同新煙堿類化合物的化學結構。
圖3. (a)噻蟲嗪(TMX)、(b)噻蟲胺(CLO)、(c)吡蟲啉(IMD)、(d)呋蟲胺(DNT)、(e)呋蟲胺重復性和(f)新煙堿類化合物組合模型的方波伏安圖和插入校準圖。
圖 4. 干擾數據包括 (a)方波伏安圖和 (b)使用40μM濃度的每種農藥與不含農藥的磷酸鹽緩沖鹽水基線測量的電流變化比較。
相關科研成果由美國愛荷華州立科技大學Zachary T. Johnson和Kelli Williams等人于2021發表在ACS Sensors（https://doi.org/10.1021/acssensors.1c01082）上。原文：Electrochemical Sensing of Neonicotinoids Using Laser-Induced Graphene。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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