近期，智能所黃行九研究員和技術生物所吳躍進研究員合作，利用簡單易制備的納米材料成功實現對復雜水稻傷流液環境中重金屬離子的選擇性電化學檢測。相關的研究成果已發表在Environmental Science-Nano雜志上(2018, DOI: 10.1039/C8EN00879E)。

　　眾所周知，水稻中的重金屬離子通過食物鏈對人類健康構成威脅。傷流液攜帶著水稻生長所必須的營養物質以及水稻根部吸收的重金屬離子，沿導管向水稻果實-稻米移動。因此，檢測水稻傷流液中的重金屬離子對于探究重金屬離子在水稻中的遷移機制至關重要。電化學方法非常適用于檢測重金屬離子。然而，電化學檢測實際傷流液中的重金屬離子具有挑戰性。一方面，水稻傷流液的成分過于復雜，包括小離子（K⁺，Na⁺，Ca²⁺，Mg²⁺，Fe³⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Mn²⁺等），蔗糖，ATP，氨基酸，植物激素等。另一方面，與其他物質的濃度相比，傷流液中重金屬離子的濃度太低。其他物質的嚴重干擾和高檢測限對傷流液中重金屬離子的電化學檢測帶來了巨大的挑戰。

　　研究人員基于上述問題，研究了基于谷胱甘肽功能化的金/多壁碳納米管（MWCNTs-GSH-Au-GSH）納米材料作為敏感界面用于電分析水稻傷流液中Pb²⁺。實驗結果表明，MWCNTs-GSH-Au-GSH敏感界面不僅能高靈敏地檢測Pb²⁺（靈敏度高達1122.8 μA μM^-1 cm^-2，檢測限（0.01μM）滿足檢測痕量Pb²⁺的要求），而且不受傷流液中其它共存物質的干擾。大量小尺寸的金納米粒子均勻且致密地固定在谷胱甘肽功能化的碳納米管上，阻止了金納米粒子的團聚，使得MWCNTs-GSH-Au-GSH電極在6個月的穩定性測試中表現出非常優異的穩定性。此外，通過10個不同的MWCNT-GSH-Au-GSH電極檢驗出MWCNTs-GSH-Au-GSH傳感器具有很好的重現性。研究人員通過XPS和EXAFS深入地研究了MWCNTs-GSH-Au-GSH電極對Pb²⁺的高選擇性和靈敏度的機理。XPS結果表明，在MWCNTs-GSH-Au-GSH上，-COOH、-CONH-和-NH₂對Pb²⁺有很強的抓捕能力，EXAFS進一步證明了這些強相互作用。此外，XPS結果表明在電化學預富集過程中，MWCNTs-GSH-Au-GSH對Pb²⁺的吸附能力高于對其他離子的吸附能力，從而提高了電化學檢測的選擇性。在電化學溶出過程中，大量吸附并被還原的Pb⁰在金納米粒子上被催化氧化，從而產生很強的電化學信號。

　　這項研究利用簡單易制備的納米材料實現對水稻傷流液中重金屬離子的高靈敏、選擇性電化學檢測。這將可能為水稻植株的根，莖，葉和果實中重金屬離子的檢測提供一種簡單有效的方法，對進一步研究水稻中重金屬離子的遷移和轉化有著重要意義。

　　該研究工作獲得國家自然科學基金重點項目、大科學裝置聯合基金、中科院創新交叉團隊、博士后創新人才支持計劃等項目的支持。

　　文章鏈接：http://dx.doi.org/10.1039/C8EN00879E

　　圖：MWCNTs-GSH-Au-GSH電化學傳感器檢測傷流液中Pb²⁺示意圖