分析化学

评述与进展

  • 可穿戴光谱传感器在医疗监测中的研究进展

    吴其献;胡玉斐;李攻科;

    可穿戴光谱传感器是一种由柔性衬底、传感及检测分析单元组成的一体化智能器件,能够无创或微创地对汗液、经皮气体、伤口分泌物、皮下间质液、泪液、呼出气和唾液等人体生理体液中的化学物质进行快速检测和实时跟踪,在药物分析、疾病诊断及健康监测等领域中具有重要意义。本文总结了2016年以来可穿戴比色、荧光及表面增强拉曼散射传感器的研究概况,基于可穿戴光谱传感器的组成,综述了表皮、眼部及口部形式的可穿戴光谱传感器的研究进展,并分析了可穿戴光谱传感器未来发展面临的挑战及机遇,以期为可穿戴光谱传感器的设计和开发提供参考。

    2024年04期 v.52 449-459页 [查看摘要][在线阅读][下载 1845K]
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  • 金属纳米团簇在农药检测中的应用研究进展

    周未申;贾家豪;莫康强;薛颖科;李松芮;贾琼;

    农药对提高农作物质量和产量具有重要作用,然而,过量以及不合理使用农药导致的残留和污染对人类健康及环境均具有严重危害,因此对农药及其残留的检测尤为重要。金属纳米团簇(Metal nanoclusters,MNCs)作为一种新型纳米材料,具有尺寸小、稳定性高、易制备和生物相容性好等优点,在分析传感领域备受关注。MNCs在农药检测方面也展现出巨大的应用潜力。本文综述了近年来基于MNCs的检测方法以及在有机磷农药、有机氮农药和有机氯农药等常见农药检测中的研究进展,并对其在农药检测方面的发展前景进行了展望。

    2024年04期 v.52 460-468页 [查看摘要][在线阅读][下载 969K]
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  • 基于CRISPR/Cas的生物传感器在食源性病原菌检测中的应用进展

    张孝渊;姚志豪;何开雨;王洪梅;徐霞红;吴祖芳;王柳;

    食源性病原菌严重威胁食品安全及消费者的健康,因此,对食源性病原菌快速、准确的检测方法对保障食品安全尤为重要。规则成簇的短回文重复序列(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)/CRISPR相关系统(CRISPR-associated systems, Cas)生物传感器是在引导核糖核酸(RNA)的作用下,使Cas蛋白与RNA形成RNA复合体,并对靶标基因进行特异性识别,从而将靶标信号转化为可检测的物理和化学信号。CRISPR/Cas生物传感器具有特异性好、可编程以及使用简便等优势,在病原菌检测领域具有广阔的应用前景。本文根据Cas蛋白的种类和作用机制不同,分别介绍了不同CRISPR/Cas系统的作用原理和特点,概述了基于不同CRISPR/Cas的生物传感的信号识别、信号放大、信号输出策略及其在食源性病原菌检测中的应用进展,讨论了基于CRISPR/Cas的多重生物传感器的构建原理及其在多病原菌同时检测中的应用,分析了基于CRISPR/Cas的生物传感器在病原菌快速检测中面临的挑战及未来的发展趋势。

    2024年04期 v.52 469-480页 [查看摘要][在线阅读][下载 1694K]
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  • RNA荧光适配体在生物传感与成像中的应用研究进展

    邱星晨;范存霞;白瑞;谷雨;李长明;郭春显;

    RNA荧光适配体是近年来发展起来的一种简单且有效的RNA分子荧光标记工具,可与不发光或发光微弱的小分子荧光团结合,显著增强其发光性能。RNA荧光适配体具有结构简单、易合成以及毒性低等优点,已成为生物传感和成像等研究领域的重要工具。本文介绍了目前已开发的RNA荧光适配体,包括Malachite Green(MG)、Spinach、Broccoli、Mango、Corn和Pepper家族等,概述了其对应的荧光团的特点,从细胞外检测和细胞成像两个方面对RNA荧光适配体的应用研究进展进行了总结和评述,分析了RNA荧光适配体研究中存在的问题及优化策略,展望了其发展前景,以期为临床标记小分子化合物、RNA、蛋白质和研究适配体与荧光小分子团之间的相互作用提供参考。

    2024年04期 v.52 481-491页 [查看摘要][在线阅读][下载 1673K]
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研究报告

  • 碳点的合成与表征及其在潜在手印显现中的应用

    范文卓;于卓弘;王猛;李杰;杜怡泽;李明;袁传军;

    以柠檬酸和尿素为反应原料、乙二醇为反应溶剂,采用溶剂热法合成了荧光碳点(Carbon dots,CDs),并对CDs的形貌、粒径、晶体结构、元素成分、表面基团和光学性质等进行了表征。研究了CDs对激发光依赖的荧光发射特性,讨论了反应温度、反应时间和原料比例等合成条件对CDs的激发波长和发射波长的影响。将CDs与淀粉、纳米二氧化硅、蒙脱土、高岭土、硅藻土和氧化镁6种基质复合,制备出一系列CDs荧光复合物。最终将CDs-淀粉荧光复合物应用于光滑客体表面潜在手印的增强显现,并从定性和定量两个层面对显现效果进行了详细评价。利用CDs-淀粉荧光复合物对激发光依赖的荧光发射特性,结合滤光拍照,在很大程度上降低了客体背景噪声干扰。手印显现结果表明,显现信号与客体背景噪声之间的对比反差明显,具有较强的显现对比度;显现手印的各级特征反映清晰,具有较高的显现灵敏度;显现粉末与手印遗留物质之间的结合程度较高,具有较好的显现选择性。

    2024年04期 v.52 492-503页 [查看摘要][在线阅读][下载 2402K]
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  • 螺旋通道中稳定增强的二次流构建及其粒子聚焦研究

    白汉洁;林智慧;郭时超;龙丹丹;牛颜冰;赵磊;申少斐;

    惯性微流是一种具有高通量精确操控粒子和细胞能力的微流控技术,近年来受到广泛关注。然而,由于惯性微流芯片内二次流的不稳定性,在大尺寸管道内实现粒子流速不敏感的聚焦仍存在挑战。本研究开发了一种微结构辅助的超低高宽比螺旋微通道,利用二次流的稳定和加速实现了粒子的惯性聚焦。研究结果表明,在大的流速灌注范围(0.5~3.0 mL/min)内成功实现了粒径分别为7.3和15.5μm的荧光粒子在1 mm宽的螺旋通道芯片内的聚焦,聚焦效率分别达到94%和99%以上。此外,粒子聚焦位置距离管道内壁高达100μm,远大于其它惯性聚焦芯片。因此,通过在螺旋通道芯片内设置等序列的微结构,促使二次流的稳定和增强,完成了流量和粒径不敏感的惯性聚焦。与传统的惯性聚焦方法相比,本方法无需额外的鞘流操作,具有高通量和易于制造的特点。这种创新的结构为便携式惯性微流控芯片的开发提供了更多的选择,可应用于细胞分析与检测、流式细胞仪和在线样品处理等领域。

    2024年04期 v.52 504-512页 [查看摘要][在线阅读][下载 2129K]
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  • 羧酸盐柱[5]芳烃功能化银纳米粒子的制备及其对有机染料催化降解性能分析

    张郡童;陶欣;杨云汉;陈艳;杨明坤;杨举;杨丽;杨丽娟;

    制备了羧酸盐柱[5]芳烃(Carboxylated pillar[5]arene, CP5A)功能化的银纳米粒子(CP5A-Ag NPs)。采用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外吸收光谱(FT-IR)和透射电镜(TEM)等对CP5A-AgNPs进行了表征。TEM结果表明,当CP5A与AgNO_3的摩尔比为1∶10时,制备的CP5A-AgNPs分散性好、粒径均一,平均粒径为4.05 nm。CP5A-AgNPs对两种不同类型染料罗丹明B(RhB)和甲基橙(MO)的催化降解率分别为99.91%和98.83%,并且具有较好的循环催化能力,第5次催化效率分别为91.06%和98.45%。比较了CP5A对应的单体化合物(Carboxylated monomer arene, CMA)作为稳定剂时所制备的CMA-AgNPs的性能。结果表明,CP5A功能化的AgNPs具备更好的分散性、稳定性和催化性能,不仅对RhB和MO具有较强的催化降解能力,而且循环催化能力良好。

    2024年04期 v.52 513-522页 [查看摘要][在线阅读][下载 1727K]
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  • 二维光子晶体水凝胶传感器检测邻苯二甲醛

    辛建伟;王一飞;孟子晖;张玉琦;刘鹏飞;

    邻苯二甲醛(OPA)是一种新型化学消毒剂,在医疗机构中广泛使用,为保证使用效果和安全性,在临床使用中必须对其浓度进行检测和验证。本研究在二维光子晶体(2DPC)水凝胶中修饰乙二胺(EDA)并嵌入氨基,使水凝胶氨基功能化,制备了一种响应性2DPC水凝胶。2DPC水凝胶聚合物链上嵌入的氨基可与OPA反应,随着OPA浓度增加,水凝胶的交联密度增大,从而导致水凝胶体积发生相变,即发生收缩现象,2DPC的微球间距逐渐减小,而德拜衍射环直径逐渐增大。通过测量德拜衍射环直径的变化,并根据公式计算得到2DPC的微球间距的变化。结果表明,在101~106nmol/L范围内,OPA浓度的对数值与微球间距呈良好的线性关系。因此,基于氨基功能化的2DPC水凝胶传感器可实现对OPA的定量检测。本方法检测线性范围宽,检出限为0.21 nmol/L(3σ/k)。采用此水凝胶传感器检测了稀释的临床消毒剂中的OPA,回收率为100%~103%,相对标准偏差为1.8%~5.5%。本研究构建的2DPC水凝胶传感器可用于临床内窥镜等器械消毒剂中OPA的检测。

    2024年04期 v.52 523-530页 [查看摘要][在线阅读][下载 1324K]
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  • 基于电阻抗成像分析血流速度和血乳酸浓度电学特性响应

    王芸倩;孙博;赵桐;张安;姚佳烽;

    运动训练过程中肌肉产生的乳酸通过血液运输到肝脏进行代谢,在此过程中,随着运动强度的提高,肌肉组织产生的乳酸增加,肌肉组织细胞间质乳酸浓度随之升高,引发肌肉疲劳。经皮电刺激神经疗法(TENS)是一种广泛应用于肌肉放松、改善血液外周循环的医疗手段。本研究采用电阻抗层析成像(EIT)方法,通过检测肌肉疲劳的生物标志物血乳酸浓度(C_(bl))的变化引发的组织电学特性响应,可视化呈现TENS对肌肉疲劳的缓解效果。搭建了模拟肌肉组织模型的C_(bl)变化实验平台,测量了C_(bl)变化时模型的空间平均电导率(■)的变化趋势。血流速度与血乳酸的代谢率密切相关,TENS可以加快血流速度,有效减少乳酸在肌肉组织内的堆积,但血流速度过快容易引起继发性心室颤动疾病,威胁人类生命安全。本研究通过搭建的血流速度模拟平台,实时监测了模拟血管附近液体速度(v_(ph))变化引起的■变化,并采用Pearson检验方法验证了模拟肌肉组织模型的C_(bl)和v_(ph)与■之间的相关性。实验结果表明,■与C_(bl)呈正相关(r=0.9113,p<0.001),■与v_(ph)也呈正相关(r=0.9782,p<0.0001)。本研究通过■定量评估了TENS刺激在加快血流速度、加速乳酸代谢以及缓解肌肉疲劳等方面的应用潜力。

    2024年04期 v.52 531-540页 [查看摘要][在线阅读][下载 2000K]
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  • 沸石咪唑酯骨架材料-8/多壁碳纳米管电化学传感器灵敏检测镉离子(Ⅱ)和铅离子(Ⅱ)

    冯小庚;孙迪;孙婧祎;胡盈;方雯倩;熊英;

    将沸石咪唑酯骨架材料-8(ZIF-8)与多壁碳纳米管(MWCNT)结合,制备得到ZIF-8/MWCNT复合材料,并基于此构建了一种可用于Cd~(2+)和Pb~(2+)同时测定的电化学传感器。MWCNT的引入增强了复合材料的导电性;同时,ZIF-8与MWCNT之间的协同作用使ZIF-8/MWCNT复合材料表现出优异的电催化活性,将ZIF-8/MWCNT复合材料修饰玻碳电极(GCE),能够实现Cd~(2+)和Pb~(2+)的分别和同时检测。在最优实验条件下,基于ZIF-8/MWCNT/GCE的电化学传感器对Cd~(2+)和Pb~(2+)分别检测的线性范围分别为0.03~8.00μmol/L和0.03~6.00μmol/L,检出限分别为0.019和0.035μmol/L(S/N=3);对Cd~(2+)和Pb~(2+)同时检测的线性范围分别为0.03~5.00μmol/L和0.03~5.00μmol/L,检出限分别为0.022和0.048μmol/L(S/N=3)。此传感器具有良好的选择性、重现性和稳定性,将其用于实际河水样品中Cd~(2+)和Pb~(2+)的测定,加标回收率分别为98.1%~104.0%和98.3%~102.2%,表明此传感器适用于实际水样中Cd~(2+)和Pb~(2+)的分析检测。

    2024年04期 v.52 541-549页 [查看摘要][在线阅读][下载 1252K]
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  • 基于磁性多壁碳纳米管的磁性固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱法测定农产品中22种真菌毒素

    马帅;梁刚;满燕;靳欣欣;李安;

    以磁性多壁碳纳米管(Fe_3O_4-MWCNTs)为吸附剂,建立了简单、快速和高效的磁性固相萃取方法,结合超高效液相色谱-串联质谱实现了对农产品中22种真菌毒素的同时检测。将Fe_3O_4纳米颗粒引入MWCNTs中制备Fe_3O_4-MWCNTs作为吸附剂,不仅可以提高多种目标真菌毒素的富集效率,还可通过外磁场进行分离,有效缩短了样品前处理时间。对影响磁性固相萃取前处理效率的提取溶液、吸附剂类型、吸附剂用量和洗脱溶液类型进行了优化。在最佳前处理条件下,结合超高效液相色谱-串联质谱进行检测,结果表明,22种真菌毒素在各自的浓度范围内均具有良好的线性关系(R2≥0.9966),方法检出限(LOD, S/N=3)为0.0008~1.6337 ng/g,定量限(LOQ, S/N=10)为0.0025~5.4457 ng/g,低、中、高3个浓度水平的加标回收率为71.5%~118.4%,日内精密度为1.3%~10.9%(n=6),日间精密度为2.3%~11.6%(n=3)。本方法前处理过程简单快速、有机溶剂消耗少、基质净化效率高,并且方法的线性范围宽、准确度和灵敏度高,可用于大批量农产品中多种真菌毒素的同时检测,对于保障粮食安全具有重要意义。

    2024年04期 v.52 550-558页 [查看摘要][在线阅读][下载 1127K]
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  • 激光诱导击穿光谱定量分析全血中的锂元素

    任文心;杨亮;赵韩;王奕朦;黄达;戴鑫华;林庆宇;段忆翔;

    锂(Li)盐作为一种精神科药物常被用于治疗重性抑郁障碍,然而长期服用Li盐会产生高中毒风险,及时监测患者血液中Li元素的浓度,对确保用药安全和临床治疗效果非常重要。激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS)作为一种快速分析技术,被广泛应用于实际场景下复杂基质的元素分析。本研究采用LIBS技术结合偏最小二乘法(Partial least squares, PLS)对血液基质中的Li元素进行定量分析。采用45组临床血液样品,分别构建血浆和全血基质下Li元素的定量分析模型,通过五折交叉验证方法对PLS算法中的潜变量数进行优化。结果表明,基于血浆基质构建的PLS定量分析模型预测决定系数(R2)为0.992,预测均方根误差(RMSEP)为0.204μg/mL,相对标准偏差(RSD)为2.14%;基于全血基质构建的PLS定量分析模型R2为0.984, RMSEP为0.728μg/mL, RSD为3.45%,因此,基于血浆定标值所建立的LIBS模型定量分析全血中锂元素的效果更佳。LIBS技术为临床血锂的快速检测评估提供了一种新的选择,具有良好的应用前景。

    2024年04期 v.52 559-565页 [查看摘要][在线阅读][下载 1111K]
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  • 铁基纳米粒子改性碳布复合材料的制备及其在微生物燃料电池阳极中的应用

    李桂莲;陆闽侨;侯月腾;王帆;

    微生物燃料电池(Microbial fuel cells, MFCs)可将废水中的有机物直接转化为电能,提供了可持续电能的潜在解决方案。然而,MFCs在实际应用中存在细菌负载能力低、阳极与电化学活性生物膜之间的胞外电子传递(Extracellular electron transfer, EET)效率相对较差等不足。本研究采用绿色高效的微波辅助方法和高温退火工艺,成功制备了铁基纳米粒子改性碳布(Fe_3C/Fe@CC),此复合材料具有较好的生物相容性和电催化活性,可作为MFCs的阳极材料。实验结果表明,基于Fe_3C/Fe@CC复合材料的MFCs的功率密度高达2209 mW/m~2,相比基于纯碳布阳极的MFCs(1933 mW/m~2)提高了17%,这主要是因为Fe_3C/Fe@CC能够有效提高微生物与电极之间的EET效率,增大电化学活性表面积,同时促进产电菌地杆菌(Geobacter)的富集。本研究采用微波辅助和高温退火方法快速制备了高导电复合阳极,为MFCs阳极的大规模制备提供了一种新方法。

    2024年04期 v.52 566-577页 [查看摘要][在线阅读][下载 3019K]
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  • 基于超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱和靶向网络药理学技术结合分子对接研究薤白治疗高血脂症的药效成分

    王一凯;董金旭;白玉涛;王瑞;黄鑫;陈长宝;越皓;刘侗;杨德辉;

    采用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱(UPLC-Q-TOF-MS)技术快速分析了薤白中主要化学成分及入血成分,并根据相对分子质量、碎片离子以及色谱峰保留时间等信息对成分进行归属鉴定。在薤白药材中共鉴定出36种化学成分,包括28种皂苷类化合物、3种氨基酸类化合物、2种黄酮类化合物、1种有机硫化合物、1种核苷类化合物、1种类激素脂质化合物以及8种以原型入血的成分。基于入血成分与TCMSP平台数据库筛选交集成分,应用靶向网络药理学及分子对接技术,构建了“药物-成分-靶点-通路”关联网络,筛选出槲皮素、柚皮素、薤白苷E和25(R)-26-O-β-D-吡喃葡萄糖基-22-羟基-5β-呋甾3-O-β-D-吡喃葡萄糖基(1→2)-β-D-吡喃半乳糖苷为薤白药材治疗高血脂症的主要药效成分,磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMPK)、肿瘤坏死因子(TNF)、血管内皮生长因子A(VEGFA)和基质金属蛋白酶9(MMP9)为薤白发挥降血脂药效的关键作用靶点。将主要药效成分与关键作用靶点进行分子对接,结果表明,4种药效成分均与AMPK结合较强,推测调节脂质代谢可能是薤白发挥降血脂作用的关键机制。本研究为研究薤白药效成分提供了数据参考,也为薤白药材质量标准的提升提供了依据。

    2024年04期 v.52 578-586页 [查看摘要][在线阅读][下载 916K]
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  • 偶氮键修饰的镉基-金属有机框架高灵敏电化学传感器检测4-氨基苯酚

    续璐;马甜甜;白乙艳;苏婧;付云龙;杨海英;籍文娟;

    4-氨基苯酚(4-AP)作为扑热息痛的水解代谢产物或反应的中间体,广泛存在于制药工业废水中,对水资源造成严重污染。因此,迫切需要开发一种简单可靠的分析方法用于环境中4-AP含量的检测。本研究合成了一种镉基-金属有机框架(Cd-MOF)材料[Cd_4(ABTC)_2(H_2O)_(12)]_n(SXNU-4-Cd,H_4ABTC=3,3′,5,5′-偶氮苯四羧酸),此材料是由3条单链螺旋缠绕而成的“麻花辫”二维层状结构材料,层与层之间通过π-π作用堆积拓展成三维通道。在SXNU-4-Cd的孔壁内修饰有大量偶氮键,这些偶氮键可通过p-π作用增强与4-AP分子的作用。将SXNU-4-Cd修饰在玻碳电极(GCE)上构建了SXNU-4-Cd/GCE电化学传感器,可灵敏检测4-AP。差分脉冲伏安(DPV)测试结果表明,SXNU-4-Cd/GCE传感器检测4-AP的线性范围为0.1~130μmol/L,检出限为8.6 nmol/L。此传感器具有较强的抗干扰能力、良好的重现性与稳定性,将其用于实际水样中4-AP的检测,加标回收率为95.9%~102.8%。本研究为Cd-MOF基电化学传感器用于实际水样中4-AP的检测提供了新思路。

    2024年04期 v.52 587-596页 [查看摘要][在线阅读][下载 1884K]
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