近日，现代分离分析科学与技术重点实验室林幼秀副教授在食品安全检测领域取得重要进展，成功构建了一种基于铜离子原位调控TiO₂/Bi₂S₃异质结生长，并结合顶空策略的增强型光电化学免疫传感器，用于高灵敏检测氯霉素（CAP）。该成果以“Copper ions modulated growth of TiO2/Bi2S3 heterojunction in-situ: An enhanced photoelectrochemical immunosensor coupled with headspace strategy for chloramphenicol”为题发表于国际权威期刊《Food Chemistry》（中科院1区TOP期刊）。
CAP作为一种广谱抗生素，凭借成本效益高、抗菌活性强的优势，在畜牧业生产中被广泛应用，但因其对人体健康存在严重毒副作用，其应用已受到严格限制，开发快速、简便且准确的 CAP 检测方法成为迫切需求。同时，传统 PEC 传感器常采用将光电极直接浸入测试溶液的检测模式，易受复杂样品基质干扰且操作要求严苛。顶空策略可使挥发性衍生物从复杂样品溶液中逸出至顶空区域，能选择性地将目标分析物从复杂样品转移至简化基质中，显著提升抗干扰能力并降低假阳性率，同时结合 H2S 对 TiO2/Bi2S3异质结光电活性的调控作用，构建一种高灵敏度检测 CAP 的光电化学免疫传感器。
在该研究中， CuO作为信号调节剂，在酸性条件下通过释放Cu2+精准调控H2S的生成与浓度。其作用机制为 Cu2+与S2-反应生成CuS，该反应会消耗部分由Na2S引入的 S2-，进而使生成的H2S减少。生成的在密闭容器中从溶液中逸出与TiO2/Bi3+光电极反应，此过程可有效调控棕褐色Bi2S3在TiO2/Bi3+电极表面的原位生长。由于 Bi2S3与 TiO2具有优异的能带结构匹配度，高效的电子转移和较宽的波长响应范围，所形成的异质结展现出卓越的光电转换性能，能显著增强光电流，且 TiO2/ Bi2S3异质结的光电流强度与 Cu2+浓度呈线性关系。基于此原理，该研究开发了一种新型光电化学免疫传感器，该传感器集成顶空策略，以 CuO 为免疫标记物用于CAP检测。该传感器的检测范围为 1.0-5000 pg/mL，检测限低至 0.57 pg/mL。创新性在于利用原位生成的有色Bi2S3敏化 TiO2，不仅可通过光电流实现定性检测，还能通过肉眼观察实现半定量检测。该传感器的设计拓展用于其他小分子检测，在食品抗生素残留检测领域而具有巨大的应用价值。
该工作以闽南师范大学为第一单位，2023级硕士研究生李素华为论文第一作者，林幼秀副教授为通讯作者。研究得到了国家自然科学基金 (21904056)，福建省自然科学基金 (2021J05194)的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2025.147074
(图/文：李素华)
