石墨烯/MoS2异质结三维超材料的太赫兹传感器的构建及在大肠杆菌O157:H7检测中的应用研究
批准号:
62101217
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
严玉婷
依托单位:
学科分类:
敏感电子学与传感器
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
严玉婷
中文摘要
针对大肠杆菌O157:H7的感染不仅危害人类健康,还会导致严重社会经济损失,而现有检测方法存在诸多不足的问题,本项目提出基于石墨烯/MoS2异质结三维超材料的太赫兹传感器的大肠杆菌O157:H7检测方法。考察石墨烯/MoS2异质结的微观形貌、结构特征等参数信息及石墨烯/MoS2异质结超材料结构对太赫兹反射谱的影响,在理论上揭示石墨烯/MoS2异质结三维超材料的太赫兹辐射特性与物理机理,建立石墨烯/MoS2异质结的制备工艺、形貌特征及超材料结构参数与其太赫兹辐射特性关联机制;探明该太赫兹传感器与大肠杆菌O157:H7的特异性结合机理及基于纳米材料的太赫兹辐射-生物材料集成传感器的检测机理,建立基于石墨烯/MoS2异质结三维超材料结构和适配体的大肠杆菌O157:H7浓度的太赫兹信号感知模型,并揭示不同生存状态的大肠杆菌的浓度-介电常数-超材料的谐振峰频移及吸收强度的关联机制。本项目将突破快速、
英文摘要
Escherichia coli (E. coli) is usually infected by consuming unprocessed or contaminated food and can lead to the outbreak of large-scale infectious diseases, which is a great threat to human health, and make severe economic damnification to our society. In view of the shortcomings of the existing detection methods, the project proposed a novel terahertz aptasensor based on graphene/MoS2 heterojunction 3D metamaterial for the accurate, sensitive, rapid and simple detection of E. coli O157:H7. Firstly, controllable preparation of the graphene/MoS2 heterojunction 3D metamaterial will be studied, the mircro morphology, structural characteristics and terahertz performance of graphene/MoS2 heterojunction 3D metamaterial will be characterized. The effect of the graphene/MoS2 heterojunction and the geometry structure of the metamaterial on the terahertz reflectance spectrum were investigated. The terahertz radiation property and the physical mechanism of graphene/MoS2 heterojunction 3D metamaterials will be revealed. Further, the mechanism of this terahertz aptasensor in the target detection process, and the detection mechanism of terahertz radiation properties-biomaterial integration sensor based on nanomaterials will be studied. A terahertz aptasensing method of E. coli O157:H7 concentration signal based on graphene/MoS2 heterojunction 3D metamaterial will be established. Finally, the relationship among the different living status and dielectric constant of E. coli O157:H7, and the shift of the resonant peak of graphene/MoS2 heterojunction 3D metamaterial. This project will overcome the difficult problem of rapid, simple and high-sensitivity detection of E. coli O157:H7, and meanwhile, it will realize identification of live and dead E. coli O157:H7.
植物生长调节剂及大肠杆菌残留对食品安全构成了严重威胁。传统检测方法存在检测时间长、样本提取复杂、分离困难、检测灵敏度低等问题,因此,开发可靠的技术来快速和灵敏地检测这些残留物势在必行,这也是农产品和食品安全领域的迫切需求。针对植物生长检测和农产品安全检测过程中存在的检测时间长、样本提取复杂、分离困难、检测灵敏度低等问题,以植物激素和大肠杆菌为研究对象,利用THz-TDS检测技术和密度泛函理论,确定大肠杆菌和植物生长调节剂的振动峰来源,探索太赫兹检测植物生长调节剂的检测机理;同时,设计了可实现多共振模式、高共振强度的柔性超材料吸收器,以品质因子Q、灵敏度S、性能系数FOM值为传感性能指标,分析表面分析物的厚度变化及折射率变化对传感性能的影响变化规律。通过超材料结合太赫兹光谱技术,实现农产品安全的微量、快速、高灵敏检测。利用兴起的光/电化学方法作为技术手段,构建了一系列光/电化学传感器。重点对光/电化学传感器的核心组成部分:敏感(识别)元件及传感界面进行设计,以纳米科学作为信号放大策略提高检测灵敏度,并通过生物识别分子的高特异性提高检测选择性实现了对三磷酸腺苷(ATP)的痕迹量检测,并将所制备的光/电化学传感器成功地用于植物健康、环境监测及农产品中安全监测。在本项目执行期内在国内外期刊上共发表论文8篇,以本项目基金资助批准号为第一标注共发表学术论文5篇,第二标注共发表学术论文2篇,第四标注共发表学术论文1篇,其中5篇被SCI收录;共申请发明专利 4件,其中授权发明专利3件。
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