高性能介孔WO3半导体传感器有望用于食源性致病菌快速检测

半导体气敏传感器在食品安全方面显示了巨大的应用潜能。食品安全是遍及全球的严重公共卫生问题,食源性致病菌是引起食源性疾病的主要原因,对人们的身体健康造成巨大危害,同时也给国民经济带来重大损失。因此对食品中致病菌的快速实时检测具有重要意义。不同食源性致病菌个体和同种致病菌在不同生理阶段会生成一系列具有“指纹特性”的挥发性代谢产物(Microbial Volatile Organic Components,MVOCs)。具有成本低、操作方便等特点的金属氧化物半导体传感器可以无损的检测特征的MVOCs气体,然而MVOCs种类较多,如何利用该类传感器快速选择性检测特定的MVOCs成为了一个巨大的挑战。为此,复旦大学化学系邓勇辉教授团队利用配体辅助嵌段共聚物诱导界面自组装技术,以实验室合成的两亲性嵌段共聚物PEO-b-PS为模板剂,采用乙酰丙酮(AcAc)作为配位剂延缓前驱体水解交联的速度,合成出一系列具有孔道高度连Untitled通的高比表面积介孔WO3材料,并首次将该材料用于构建高性能的气体传感器,用于快速选择性的检测食源性致病菌。所合成的气敏WO3材料具有稳定的晶态骨架、较大的孔径(10.6 – 15.3 nm范围内可调)以及高的比表面积(136 m2/g)。该敏感材料独特的孔结构以及敏感特性使其对李氏特菌产生的特有气体——三羟基二丁酮具有超快的响应速度(< 10 s)、高的灵敏度(Rair / Rgas > 50)和极高的选择性,有望用于快速有效检测食品、水体的微生物污染物。此外,研究团队利用GC-MS原位鉴定了三羟基二丁酮敏感材料在反应过程中的产物成分,发现该气敏检测反应过程的终产物是乙酸,不同于传统观念中认为的其终产物是水和二氧化碳,为揭示敏感机理提供直接证据,为优化气体传感器性能提供了新思路。相关研究成果以“Mesoporous Tungsten Oxides with Crystalline Framework for Highly Sensitive and Selective Detection of Foodborne Pathogens”为题发表在J. Am. Chem. Soc.期刊(DOI: 10.1021/jacs.7b04221)。
该工作得到国家自然科学基金、上海市高原学科食品质量安全风险评估实验室、2011能源材料化学协同创新中心(iChEM)以及国家自然科学基金优秀青年基金的大力支持。论文链接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.7b04221

Speak Your Mind

*