有机磷农药（OPs）作为广泛使用的农业杀虫剂，其残留问题对食品安全和公共健康构成了严重威胁。OPs残留可通过摄入、皮肤接触和吸入进入人体，影响神经系统、内分泌系统和免疫系统，引发头痛、恶心、呕吐等症状，甚至可能导致致命中毒。长期暴露于OPs还可能增加癌症、生殖系统异常和神经系统疾病的风险。传统的检测方法如色谱法和质谱法虽然精确，但需要昂贵设备、复杂操作流程和专业技术人员，限制了其在农业现场的广泛应用。近年来，荧光传感器因其高灵敏度、快速响应、简便操作和实时监测能力，成为检测OPs的新兴技术。然而，现有的荧光纳米探针如镉碲量子点、有机荧光团和金属有机框架等存在毒性、不溶性和光敏性等问题。金纳米簇（AuNCs）因其强光致发光、无毒性、高水溶性和生物相容性而备受关注，但其低量子产率限制了应用。

本研究提出了一个以对氧磷为代表的基于AuNCs@dmSiO₂的OPs检测灵敏荧光分析平台（方案1）。研究者们通过限制效应（将荧光分子限制在宿主材料内）来增强AuNCs的荧光性能。本研究首次将AuNCs限制在具有高孔隙体积、良好生物相容性和表面性质的树状介孔二氧化硅（dmSiO₂）内，通过静电自组装策略制备出AuNCs@dmSiO₂复合材料，显著提升了AuNCs的荧光性能，并利用其构建了对OPs敏感的荧光分析平台。

方案1. 现场监测示意图。

研究内容

图1. AuNCs、dmSiO₂和AuNCs@dmSiO₂的形貌表征结果。

图2. 设计合成和表征

制备与表征：通过静电自组装将带负电的AuNCs与带正电的dmSiO₂结合，形成AuNCs@dmSiO₂复合材料。透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等表征结果显示AuNCs均匀分散在dmSiO₂内，且复合材料具有高比表面积和孔隙体积，有利于吸附和富集目标物质。

图3. AuNCs@dmSiO₂的荧光特性及增强机理

荧光特性增强机制：AuNCs@dmSiO₂的荧光强度比单独的AuNCs提高约3倍，荧光量子产率从2.52%提高到6.10%，荧光寿命从2.04μs延长到9.70μs。dmSiO₂的带隙能级限制了AuNCs的光致电子和空穴的转移，促进了电子-空穴复合，从而增强了荧光性能。

图4. OPs增强传感平台的设计机制

传感器设计机制：AuNCs@dmSiO₂能被Cu²⁺显著猝灭荧光，而乙酰胆碱酯酶（AChE）的酶促产物硫代胆碱（TCh）能与Cu²⁺结合，抑制猝灭过程。OPs作为AChE的抑制剂，能抑制ATCh的水解，从而维持Cu²⁺触发的荧光猝灭。基于此原理，构建了对OPs敏感的荧光分析平台。

图5. 识别OPs的分析能力

分析能力：以对氧磷为模型，该方法在0.05–25.0ng/mL浓度范围内对OPs具有良好的线性响应，检测限为0.032ng/mL，低于其他报道方法。对常见农药、离子、氨基酸等潜在干扰物质具有良好的选择性和抗干扰能力。

图6. 为项目厅现场监测建造一个便携式工具包

便携式检测套件：将AuNCs@dmSiO₂与明胶混合制备便携式试纸，通过智能手机APP量化分析OPs。试纸在2.0–70.0ng/mL浓度范围内呈线性响应，检测限为0.65ng/mL，实现了对OPs的现场可视化检测。

本研究通过简单快速的静电自组装方法制备了具有增强荧光性能的 AuNCs@dmSiO₂ 复合材料，并创新性地构建了一种灵敏检测 OPs 的荧光分析平台，检测限低至 0.032 ng/mL。同时开发的便携式试纸套件为现场检测 OPs 提供了可视化、无需设备的工具，有助于避免 OPs 残留引起的食品安全问题和长期健康风险。该工作不仅为构建高性能 AuNCs 基复合材料提供了启示，也为食品安全监管中 OPs 的检测提供了有效途径。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.141120