聚合结晶胶体阵列的有机磷传感
有机磷化合物（OP）是一类广泛使用的化学物质，它们在农业中作为杀虫剂和杀虫剂，以及在军事领域作为化学战剂。这些化合物对乙酰胆碱酯酶（AChE）具有强烈的不可逆抑制作用，可能导致严重的神经系统损害。因此，开发高灵敏度的OP检测技术对于环境保护和公共安全至关重要。
聚合结晶胶体阵列（PCCA）传感材料的开发
Walker和Asher开发了一种创新的PCCA传感材料，用于检测水溶液中的超痕量对硫磷。这种传感材料由嵌入在N,N'-亚甲基双丙烯酰胺/丙烯酰胺共聚物中的聚苯乙烯胶体组成，通过AChE连接。AChE作为分子识别剂，能够不可逆地结合有机磷化合物，产生阴离子膦酰物种。这种带电物质会引发唐南电位的变化，导致水凝胶网络膨胀，增加嵌入的粒子阵列的晶格间距，进而引起衍射光波长的红移。这种红移的大小与结合的对硫磷量成正比，实现了对超痕量对硫磷的高灵敏度检测，其检测限（LOD）达到了4.26 fM。
可逆的PhC传感器的开发
Walker等人进一步制造了一种可逆的PhC传感器，用于检测水溶液中的微摩尔浓度的甲基对氧磷。这种传感器采用了双模块传感方法，其中有机磷水解酶（OPH）催化甲基对氧磷在碱性pH下的水解，产生对硝基苯酚酸酯、磷酸二甲酯和两个质子。这些质子的产生降低了pH值并形成了稳态pH梯度。附着在水凝胶上的酚酸盐的质子化使得水凝胶混合的自由能变得不利，导致水凝胶收缩。这种收缩导致PCCA的晶格常数降低，衍射光发生蓝移。该传感器对甲基对氧磷的LOD为0.2 μM，展现了良好的检测性能。
传感器的工作原理和优势
PCCA传感材料和可逆PhC传感器的工作原理都基于对有机磷化合物的特异性结合和随后引起的物理变化。这些变化通过改变晶格间距和衍射光波长来实现对有机磷化合物的定量检测。这些传感器的优势在于：
- 高灵敏度：这些传感器能够检测到非常低浓度的有机磷化合物，对于环境监测和食品安全具有重要意义。
- 特异性强：通过选择适当的分子识别剂，如AChE和OPH，传感器能够特异性地检测有机磷化合物，减少了干扰物质的影响。
- 快速响应：这些传感器能够快速响应有机磷化合物的存在，为及时的污染检测和处理提供了可能。
- 可逆性：可逆的PhC传感器能够在有机磷化合物去除后恢复到原始状态，为连续监测提供了便利。
应用前景
这些高灵敏度的OP检测技术在多个领域都有广泛的应用前景。在农业中，它们可以用于监测农产品中的农药残留，确保食品安全。在环境监测中，它们可以用于检测水体和土壤中的有机磷污染，评估污染程度并指导污染治理。在军事和公共安全领域，这些传感器可以用于检测化学战剂，保障人员安全。
结论
响应式光子晶体传感器在有机磷化合物检测方面展现出了巨大的潜力。通过不断优化传感器的设计和功能，可以进一步提高其灵敏度和特异性，为环境保护、食品安全和公共安全提供强有力的技术支持。随着这些技术的进一步发展和应用，我们可以期待在未来更好地管理和控制有机磷化合物的使用和影响。