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为解决新烟碱类农药检测难题，研究人员开发 rGO 基电化学适配体传感器，实现多重检测，灵敏度高且检测限低。
基于还原氧化石墨烯的电化学适配体传感器：食品农药残留检测的新希望
在农业生产中，新烟碱类农药（Neonicotinoids）凭借对昆虫中枢神经系统（CNS）的精准作用，成为害虫防治的得力助手。像吡虫啉（Imidacloprid）能干扰昆虫神经冲动传递，致使其瘫痪死亡；噻虫胺（Clothianidin）不仅杀虫效果好，还具备高耐久性；噻虫嗪（Thiamethoxam）则对多种抗性害虫有效。然而，这些农药的大量使用却给环境和人类健康带来了巨大威胁。它们在土壤和水体中长时间残留，危害非靶标生物，还会进入食物链，影响整个生态系统。比如，蜜蜂种群数量因新烟碱类农药受到冲击，蜂蜜产量也随之下降。为此，许多国家纷纷出台限制政策，可由于其良好的杀虫效果，难以被完全替代，所以精准检测这类农药的残留就显得尤为重要。
传统检测新烟碱类农药的方法，如液相色谱 - 串联质谱法（LC - MS/MS）、高效液相色谱法（HPLC）和气相色谱 - 质谱法（GC - MS）等，虽然灵敏度高、准确性好，但存在样本预处理复杂、操作繁琐、检测成本高且需专业实验室设备等问题，难以满足现场快速检测的需求。而抗体虽在一些检测方法中有所应用，但稳定性、重复性和成本方面的缺陷限制了其发展。适配体（Aptamer）作为新兴的生物识别分子，凭借成本低、易修饰、稳定性好等优势进入研究人员的视野。不过，此前还没有适配体传感器能实现对多种新烟碱类农药的同时检测。
在这样的背景下，来自哈利法大学（Khalifa University of Science and Technology）等机构的研究人员开展了一项研究，旨在开发一种能同时检测吡虫啉、噻虫嗪和噻虫胺的电化学适配体传感器。他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上，为食品中农药残留检测带来了新的解决方案。
研究人员采用了多种关键技术方法。利用扫描电子显微镜（SEM）、拉曼光谱（Raman spectroscopy）和 X 射线光电子能谱（XPS）对电极进行表征，以确保适配体传感器制备成功；通过循环伏安法（CV）和差分脉冲伏安法（DPV）进行电化学分析，研究适配体与农药的结合特性；还运用了高效液相色谱 - 串联质谱法（LC - MS/MS）对实际样品检测结果进行验证。
在电极修饰方面，研究人员将氧化石墨烯（GO）滴涂在丝网印刷电极（SPE）上，经电化学还原得到还原氧化石墨烯（rGO）。利用 1 - 芘丁酸（Py）对 rGO 修饰的电极进行功能化，再通过 1 - 乙基 - 3 -（3 - 二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐（EDC）和 N - 羟基琥珀酰亚胺（NHS）活化 Py 的羧基，从而共价固定胺基修饰的适配体。从 SEM 图像可以看出，GO 在电极表面分布均匀，还原后 rGO 的部分褶皱消失；拉曼光谱显示，rGO 的ID/IG和AD/AG比值增加，表明其片层尺寸减小、边缘缺陷增多；XPS 分析证实了还原过程以及适配体的成功固定。
适配体截断设计是该研究的一大亮点。研究人员基于吡虫啉适配体的二级结构，提出了三种截断方案。通过计算解离常数（KD）发现，截断后的 Imidac T3 适配体与吡虫啉的亲和力显著增强，KD值从原来的 20.1 nM 降至 12.8 nM。这表明吡虫啉主要与适配体的茎环结构结合，复杂结构是核心结合位点。
电极表征实验中，CV 和 DPV 结果显示，随着电极修饰步骤的进行，峰电流逐渐降低，这是由于电极表面材料的堆积限制了氧化还原过程。同时，DPV 因其更高的分辨率和灵敏度，能更好地观察电化学行为。在孵育农药后，三个电极的峰电流均显著下降，说明固定的适配体能够有效捕获目标分析物。
结合优化实验确定了最佳检测条件。当结合时间为 30 min 时，电极基本达到平衡；适配体浓度为 1.00 μM 时，传感器响应最佳。在该条件下，对吡虫啉、噻虫嗪和噻虫胺进行多重检测。结果显示，在 0.01 ng/mL 至 100 ng/mL 的浓度范围内，传感器具有良好的线性响应，检测限分别低至 6.30 pg/mL、6.80 pg/mL 和 7.10 pg/mL，远低于其他检测方法和欧盟规定的最大残留限量（MRLs），表明该传感器灵敏度极高。
选择性实验中，研究人员用多种农药对传感器进行测试。结果表明，传感器对目标农药具有高度选择性，即使在结构相似的农药存在时，也能准确区分。
在实际样品分析中，研究人员对番茄和大米提取物进行检测，并与 LC - MS/MS 方法对比。适配体传感器的回收率在 99.0 - 100.8% 之间，相对标准偏差（RSD）在 1.01 - 3.39% 之间，表现出良好的重复性、一致性和稳定性，证明其可用于食品样品中多种新烟碱类农药的同时检测。
综上所述，研究人员成功开发了一种基于还原氧化石墨烯的电化学适配体传感器，实现了对吡虫啉、噻虫嗪和噻虫胺的多重、灵敏且选择性检测。适配体的截断优化提高了检测性能，该传感器在实际样品检测中表现出色，为环境和食品中农药残留的快速现场检测提供了有力工具，有望在食品安全监管和环境保护等领域发挥重要作用。
