近日，浙江大學生物系統(tǒng)工程與食品科學學院林星宇研究員課題組在化學領(lǐng)域頂級期刊《Green Chemistry》（IF5=10.6）和《ACS Sensors》（IF5=8.1）上先后發(fā)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(jīng)系統(tǒng)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(fā)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(xiàn)制現(xiàn)售的飲品難以有效監(jiān)管，所以人們常常會攝入過量咖啡因。
常規(guī)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(shè)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(guān)注。然而在實際應(yīng)用中，食品復雜基質(zhì)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(chǎn)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(fā)，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(xiàn)復雜食品基質(zhì)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(nèi)即可完成，無需使用任何溶劑，體現(xiàn)了綠色、節(jié)能、可持續(xù)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(zhì)譜、靜態(tài)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(fā)現(xiàn)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(zhì)均不能通過。
因此，該電極傳感器呈現(xiàn)出優(yōu)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(tǒng)電極直接用于這些未經(jīng)處理的樣品時，觀察到嚴重的干擾和污染。結(jié)果表明，咖啡因在50~700 μmol/L范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，檢出限為20nmol/L，并且可以連續(xù)監(jiān)測。該傳感器提供了一種非常簡單、快速、低成本的方法，實現(xiàn)了咖啡因化合物在復雜食品基質(zhì)中的零干擾、零污染分析，可推廣至其他更加廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
本研究受到國家重點研發(fā)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
