近日，浙江大學生物系統工程與食品科學學院林星宇研究員課題組在化學領域頂級期刊《Green Chemistry》（IF5=10.6）和《ACS Sensors》（IF5=8.1）上先后發表了題為“Solvent-free, ultrafast and ultrathin PDMS coating triggered by plasma for molecule separation and release”和“Interference-free Detection of Caffeine in Complex Matrices Using a Nanochannel Electrode Modified with Binary Hydrophilic–Hydrophobic PDMS”的研究論文。兩篇論文第一作者均為我院本科生李吟濤。
咖啡因是世界上使用最廣泛的食品添加劑之一。其作為中樞神經系統的興奮劑，過量攝入會引起緊張、抑郁、多動等問題，還會增加心臟病發作風險。此外，咖啡因也是毒品的一種成分，類似冰毒和可卡因，具有一定的毒性和成癮性。因此，咖啡因在我國屬于第二類精神藥物，受政府嚴格管控。然而，由于咖啡因在一些食物中含量很高，特別是現制現售的飲品難以有效監管，所以人們常常會攝入過量咖啡因。
常規的咖啡因檢測方法是高效液相色譜（HPLC）。然而，這種手段需要昂貴而笨重的設備，且需要復雜的樣品預處理。相比之下，電化學傳感器檢測方法因其快速、簡單和成本低的特點而備受關注。然而在實際應用中，食品復雜基質中存在的其他電化學活性成分（如L-多巴、兒茶素、沒食子酸、維生素等）以及非活性成分（如蛋白、脂類、多糖等）會產生強烈的干擾和污染信號。
生物細胞膜表面存在高密度的超小生物蛋白孔道，可以選擇性傳輸特定目標分子，具有精確的識別能力和超高通量。受到生物孔道啟發，作者提出了一種基于兩親性納米通道的電化學傳感器，實現復雜食品基質中咖啡因的零干擾和零污染檢測。整個材料修飾過程在室溫下利用等離子體15秒內即可完成，無需使用任何溶劑，體現了綠色、節能、可持續的特性。課題組通過掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、原子力顯微鏡、X射線光電子能譜、質譜、靜態接觸角，熒光顯微鏡和電化學測量，以及模擬等表征方法對涂層材料及其機理進行了詳細研究。研究發現孔道中沉積的聚二甲基硅氧烷（PDMS）包含原有疏水型和氧化后形成的親水型。該兩親納米通道只允許咖啡因等小體積兩親分子通過，而其余雜質均不能通過。
因此，該電極傳感器呈現出優秀的抗干擾和防污能力，可直接插入至茶水、牛奶、咖啡、可樂等食品中進行咖啡因檢測，而無需任何樣品預處理。相反，當傳統電極直接用于這些未經處理的樣品時，觀察到嚴重的干擾和污染。結果表明，咖啡因在50~700 μmol/L范圍內呈線性關系，檢出限為20nmol/L，并且可以連續監測。該傳感器提供了一種非常簡單、快速、低成本的方法，實現了咖啡因化合物在復雜食品基質中的零干擾、零污染分析，可推廣至其他更加廣泛的應用領域。
本研究受到國家重點研發計劃、國家自然科學基金以及浙江大學的資助支持。
原文鏈接1：https://doi.org/10.1039/D1GC00836F
2：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.1c00004
日期：2021-07-26
咖啡因是世界上使用最廣泛的食品添加劑之一。其作為中樞神經系統的興奮劑，過量攝入會引起緊張、抑郁、多動等問題，還會增加心臟病發作風險。此外，咖啡因也是毒品的一種成分，類似冰毒和可卡因，具有一定的毒性和成癮性。因此，咖啡因在我國屬于第二類精神藥物，受政府嚴格管控。然而，由于咖啡因在一些食物中含量很高，特別是現制現售的飲品難以有效監管，所以人們常常會攝入過量咖啡因。
常規的咖啡因檢測方法是高效液相色譜（HPLC）。然而，這種手段需要昂貴而笨重的設備，且需要復雜的樣品預處理。相比之下，電化學傳感器檢測方法因其快速、簡單和成本低的特點而備受關注。然而在實際應用中，食品復雜基質中存在的其他電化學活性成分（如L-多巴、兒茶素、沒食子酸、維生素等）以及非活性成分（如蛋白、脂類、多糖等）會產生強烈的干擾和污染信號。
生物細胞膜表面存在高密度的超小生物蛋白孔道，可以選擇性傳輸特定目標分子，具有精確的識別能力和超高通量。受到生物孔道啟發，作者提出了一種基于兩親性納米通道的電化學傳感器，實現復雜食品基質中咖啡因的零干擾和零污染檢測。整個材料修飾過程在室溫下利用等離子體15秒內即可完成，無需使用任何溶劑，體現了綠色、節能、可持續的特性。課題組通過掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、原子力顯微鏡、X射線光電子能譜、質譜、靜態接觸角，熒光顯微鏡和電化學測量，以及模擬等表征方法對涂層材料及其機理進行了詳細研究。研究發現孔道中沉積的聚二甲基硅氧烷（PDMS）包含原有疏水型和氧化后形成的親水型。該兩親納米通道只允許咖啡因等小體積兩親分子通過，而其余雜質均不能通過。
因此，該電極傳感器呈現出優秀的抗干擾和防污能力，可直接插入至茶水、牛奶、咖啡、可樂等食品中進行咖啡因檢測，而無需任何樣品預處理。相反，當傳統電極直接用于這些未經處理的樣品時，觀察到嚴重的干擾和污染。結果表明，咖啡因在50~700 μmol/L范圍內呈線性關系，檢出限為20nmol/L，并且可以連續監測。該傳感器提供了一種非常簡單、快速、低成本的方法，實現了咖啡因化合物在復雜食品基質中的零干擾、零污染分析，可推廣至其他更加廣泛的應用領域。
本研究受到國家重點研發計劃、國家自然科學基金以及浙江大學的資助支持。
原文鏈接1：https://doi.org/10.1039/D1GC00836F
2：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.1c00004
日期：2021-07-26
