Gold Nanoparticle-Based Peroxyoxalate Chemiluminescence System for Highly Sensitive and Rapid Detection of Thiram Pesticides

Abstract

Abuse and inappropriate disposal of the pesticide thiram can be hazardous to human health and sustainable development of the environment. Herein, we designed a peroxyoxalate chemiluminescence-based nanosensing system composed of bis­(2,4,6-trichlorophenyl)­oxalate (TCPO), hydrogen peroxide (H2O2), and specific-sized gold nanoparticles (Au NPs) for highly sensitive, rapid, and selective detection of thiram pesticide via a chemiluminescence “on–off” phenomenon. The nanoscale sensing system produced strong chemiluminescence through excited specific-sized Au NPs by the energy transfer from peroxyoxalate chemically; however, the chemiluminescence was very sensitive to thiram and decreased gradually because the discrete energy level of Au NPs changed after interacting with thiram to form an aggregated complex through intense Au–S bonds. The proposed chemiluminescence-based nanosensor could achieve the determination of thiram with a sensitive and low limit of detection (LOD) of 0.35 nM, within a detection time of 40 s. The nanoscale sensing system reported herein was simple, rapid, low cost, and highly sensitive and selective for sulfhydryl-containing environmentally hazardous substances like thiram pesticide residues in fruits, vegetables, milk, and environmental water, promoting the development and application of nanomaterial-based chemiluminescence sensing in the fields of food and environment safety monitoring.

Fabric-based in situ synthesis of gold nanoparticles for continuous enhanced heterogeneous chemiluminescence online detection of carbon dioxide

“…HCO 4 − is an important reaction intermediate, which is generated in a variety of ways and causes CL signal generation. 33,34 HCO 4 − is a highly active species, which is unstable in solution and can be decomposed into carbonate radicals (CO 3 ˙ − ) and hydroxyl radicals (HO˙), 32 as shown in eqn (1).HCO 4 − → CO 3 ˙ − + HO˙…”

Chemiluminescence Immunoassay: A Sharp Tool for in Vitro Diagnosis

“…21世纪以来，各种新标记物和标记方法，和其他技术的联用以及各种自动化、微型化的仪器不 断被开发出来，化学发光免疫分析也朝着高灵敏度、多组分联合检测和自动化检测方向发展 [31] 。 4.1 高灵敏度检测 实际样品的丰度低，在检测过程中也存在着信噪比低的问题，同时如果检测方法稳定性不好的 话也会对结果造成影响。化学发光免疫测定中，使用新发光试剂、增强剂，构建新的发光体系以及 优化反应时间、选择合适的缓冲液等方法，可以大大提高检测范围和检出限及稳定性 [39,40] 。得益于 纳米技术的发展，各种纳米粒子及结构也被引入化学发光体系中，如金纳米粒子、银纳米粒子、铂 纳米粒子等，由于它们具有高比表面积及电子密度，对于化学发光体系有很强的催化作用 [41] 。作为 最广泛使用的金属纳米粒子，金纳米粒子可以作为模拟酶以及酶或大分子的载体。如Li等 [42] 以辣根 过氧化物酶功能化的金纳米颗粒作为抗体标记物，利用三明治标记法，实现对人免疫红蛋白的信号 放大检测，比原来工作中没有利用金纳米颗粒的方法信号提高了7.4倍，基本原理如图3所示。He等 [43] 则利用鲁米诺官能化的银纳米粒子，结合主成分分析，实现对于五种有机磷酸盐和氨基甲酸酯农 药的区分，准确率为95%。磁性纳米粒子则可以作为免疫反应的载体，通过磁场将免疫复合物与原 始溶液分离，大大缩短了检测的时间，提高了检测的灵敏度 [44,45] 。随着纳米技术领域的不断发展， 利用纳米材料辅助的化学发光技术未来仍然具有广阔的发展空间。 在免疫反应中，抗体是免疫测定性能的关键组成部分。随着基因工程的发展，通过基因重组技 术已经获得了多种抗体片段或多功能抗体。如Ouyang等 [46] 利用杂交瘤策略设计了一种新型双特异性 单克隆抗体BsMcAb，实现对于甲基对硫磷和吡虫啉的同时检测，在1.0-500 ng•mL −1 有线性关系，检 测限为0.33 ng•mL −1 。随着基因工程抗体研究的不断深入，相信会为化学发光免疫检测带来新的 应用 [47,48] 。 图3 用于人血红蛋白测定的三明治式化学发光免疫分析原理 4.2 多组分检测 相比于单个组分的分析，对多组分进行联合分析可以获得更多的信息，得出的结论也更加具有 说服力。若对多组分中的每种组分都进行单个分析，存在着耗时长、试剂消耗多的问题。通过结合 空间分辨技术与阵列检测器的同时分析方法则可以实现对于高通量样品的快速检测，而且试剂消耗 少 [49,50] 。如Fu等 [51] 设计了一个双通道流通池，实现了对于CA153、CA125、CA199和CEA四种肿瘤标 志物的检测，移动光栅就可以获得被光电倍增管收集到的不同通道的信号(图4)。微流控芯片是实现 多组分分析的有利工具。通过材料基质上刻蚀或压模便可形成所需要的微通道来实现所需的功 能 [52] 。Hu等 [53] 设计了一种微流控芯片用于检测睾丸激素和C反应蛋白，芯片的顶部为试剂储存区， 中部为抗原抗体储存区，底部为硅树脂基板。不同的试剂预先装载在储存区并通过程序控制的阀门 避免进入微通道，当样品引入后预加载到微流体装置的单个储层中，并在关闭状态下通过片上机械 阀从微通道中隔离。将样品引入后，阀门开启，通过发光仪可实现自动化检测。 图4 空间分辨化学发光免疫分析系统 [51] 毛细管电泳(CE)和高效液相色谱(HPLC)具有极强的分离能力，可应用在化学发光免疫分析方法 的前处理阶段 [39] 。除此之外，层析技术也实现了与化学发光技术的耦合。免疫层析技术(图5)通过样 品在基质上的流动可以实现复杂组分中不同组分的分离以及反应产物与未反应产物的分离，不需要 在分析过程中沉淀或是洗涤复合物，具有操作简便、简单经济的特点 [54] 。如Gao等 [55] 设计了免疫层 析试纸条，通过记录在硝酸纤维素膜的两个测试区捕获的探针的化学信号，实现对于莱克多巴胺和 沙丁胺醇的检测，基本原理如图5所示。 图5 结合免疫层析法对莱克多巴胺和沙丁胺醇的酶促化学发光检测原理 4.3 自动化检测 传统免疫分析需要将免疫物质人工混合导致反应效率降低，会耗费较多的时间。流动注射分析 (flow injection analysis，FIA)由于不需要人工来进行操作，能够自动化地进行分析，可以减少误差， 缩短反应的时间，已经被利用在基于化学发光方法的免疫测定中 [56] 。通过加快反应动力学如利用容 易控制的电场来加快免疫物质的传质速率或是采用电磁搅拌等常用的方法同样可以减少分析时间， 并且由于这些方法容易构建，可以大大提升化学发光免疫分析的自动化水平 [33,57] 。随着技术的发展， 结合各类辅助方法，具有各类不同功能的全自动免疫发光仪不断被开发出来并应用在临床检测中。 然而，目前自动化的化学发光免疫分析仪仍然由国外公司占主导地位，以罗氏(Roche)、贝克曼 (Beckman)等公司产品为主 [58,59] ，国产化学发光免疫分析仪距离替代进口产品还有很大的进步空间。 随着化学发光免疫分析法在我国临床上的普及，市场规模仍在不断增长，几大主要头部企业如亚辉 龙(YHLO)、 迈克生物(maccura)等的化学发光诊断设备及试剂已在检测结果和检测速度等方面接近进 口产品 [60,…”

Considering single-atom catalysts as photocatalysts from synthesis to application

“…With the particle size decreasing, the surface atoms ratio to the total atoms will sharply increase and result in more unsaturated coordinated surficial metal atoms ( Liu, 2017 ), which could act as the active sites for the reactant molecules' adsorption. When decreased to the small nano-size (2–10 nm) ( Halperin, 1986 ; Li et al., 2021a ), the electron energy level of the metal species will split into discrete energy levels ( Yang et al., 2015 ; Yang et al., 2013 ), which will directly influence the orbital hybridization and charge transfer at the metal/reactant interface ( Wang and Lu, 2020 ).…”