第一章 緒論
一、 感測器搭配酶之偵測方式
貳、奈米感測器偵測農藥
一、 感測器搭配酶之偵測方式
近年來，由於奈米技術開發愈趨於成熟，藉由奈米微小的體積及簡單合成方 式，期望開發出低成本、高靈敏度，且改善繁瑣前處理過程之偵測。因此許多利 用奈米材料開發的感測器，包含金奈米粒子 ( gold nanoparticle；Au NPs)、銀奈 米粒子 (silver nanoparticle；Ag NPs) 或者量子點 (Quantum dots；QDs) 等感測 器偵測農藥的方法被發表。
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此外，2015 年 Youyu Zhang 團隊藉由合成上轉換奈米粒子 (upconversion nanoparticles；UCNPs)，使其螢光共振能量轉移到金奈米粒子上，產生螢光共振 效應 (fluorescence resonance energy transfer；FRET) 偵測甲基巴拉松、大滅松及 亞素靈。亦是硫代膽鹼上的 SH 官能基使金奈米粒子聚集，則因上轉換奈米粒 子之螢光共振能量無法轉移，因此螢光不變；反之，加入農藥後可抑制乙醯膽鹼 酯酶而上轉換奈米粒子可將能量轉移到金奈米粒子。應用於真實樣品 (蘋果、辣 椒、黃瓜) 中檢測甲基巴拉松，回收率介於 96.00~110.00 %，RSD 小於 8.43 %，
是個方便、快速且高靈敏的感測器 [13]。2015 年 Feng Gao 團隊藉由內濾效應 (Inner Filter Effect；IFE ) 搭配比色法 (colorimetric) 及磷光法 (phosphorimetric) 的雙訊號機制檢測有機磷農藥，包含對氧磷、巴拉松、毆滅松及二氯松。此方法
合成 DNA-templated copper/silver nanoclusters (DNA-Cu/Ag NCs) 材料，亦是利 用因產生硫代膽鹼，而使材料聚集，螢光 565 nm 峰值會淬滅，而達馬松的加入，
6 Rayleigh scattering；RRS) 偵測愛殺松。此原理利用愛殺松和銀奈米粒子反應，
使得銀奈米粒子的瑞利共振散射 (RRS) 強度被淬滅，此偵測極限為 3.70 μg/L；
偵測水樣，具有良好回收率( 92.00~106.20 % ) [19]。另一方面，透過其他化合物 修飾於奈米材料上再藉由變化偵測農藥，2011 年 Haibing Li 團隊利用羅丹明 B (Rhodamine B；RB) 修飾於銀奈米粒子再利用螢光偵測農藥 fenamithion。由於 羅丹明 B 修飾在銀奈米粒子上，使本身紅色螢光被消光；而 fenamithion 的加
7 dithiocarbamate-functionalized silver nanoparticles (CN-DTC-Ag NPs) 此材料，並 透過主客體化學 (host-guest chemistry) 及比色法偵測農藥含得恩地和巴拉刈。原 理為此農藥會因主客化學關係使修飾過後的銀奈米粒子聚集，顏色由原來的黃色 進行電子的捐贈與接受交互作用 (electron donor - acceptor interactions)，使銀奈米 粒子聚集。一樣用紫外/可見光光譜，吸收會從原來 400 nm 紅位移到 500 nm，
顏色由原來的黃色變成粉色，可作為比色法檢測；在米的偵測極限為 1.80 × 10-7 M [23]。 Suresh Kumar Kailasa 團隊則是選用多巴胺 (dopamine) 接二硫代胺基 甲酸鹽 (dithiocarbamate) 修飾於銀奈米粒子用比色法偵測 Mancozeb。此農藥會 使修飾過後的銀奈米粒子聚集，顏色由原來的橙棕色變為藍色，因此可作為一種
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東湖) 中，偵測極限為 1 × 10-5 M 及 1 × 10-6 M [29]。 Tae Jung Park 團隊以檸 檬酸鈉做為保護劑迴流合成約 13 nm 的金奈米粒子。利用咪唑和金奈米粒子聚 集使其吸收峰改變，並在與大利松、丙基喜樂松和護粒松結合後，於 600~700nm 範圍間的特徵吸收峰變化進行偵測。此方法分別可測得農藥 LOD 為 53.30、53.60 和 27.90 ppb [30]。2014 年 Suresh Kumar Kailasa 團隊利用抗壞血酸 (ascorbic acid) 修飾金奈米粒子搭配比色法偵測二氯松。抗壞血酸先修飾於金奈米粒子表 面，再加入二氯松；而二氯松與抗壞血酸之間會產生氫鍵，使金奈米粒子聚集。
儀器鑑定下，吸收會從原來 525 nm 紅位移到 620 nm，顏色由原來的櫻桃紅變 成紫色，可作為比色法檢測，偵測極限為 42.940 μM。應用於真實樣品 (水樣、
蘋果汁及小麥) 皆有良好的回收率 [31]。
近幾年利用奈米技術於農藥感測器漸被重視及開發，藉由感測器能簡單快速 偵測及成本相對較低的情況下，可改善前處理複雜與耗時耗力之問題，雖無法同 時定量多種農藥，但於農產品檢驗上仍是一個重要的課題。
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參、仿過氧化酶催化活性感測器
過去幾十年裡，研究人員陸續開發了人工合成酶來取代天然酶，如：環瑚精 (cyclodextrins)、金屬複合材料 (metal complexes)、紫質 (porphyrins)、聚合物 (polymers)、樹枝高分子(dendrimers) 和生物分子 (biomolecules) 等已經被廣泛的 應用於模仿天然酶的結構和功能，且其成本較為低廉。由於奈米技術的成熟，一 些奈米材料亦有良好的仿酶活性，因此奈米材料人工酶 (nanozymes) 此領域在 近十年被廣泛應用於生物傳感 (biosensing)、免疫測定 (immunoassays)、幹細胞 增生 ( stem cell growth ) 和去汙能力 (pollutant removal) 等，比起人工酵素或天 specific antigen；PSA) 及小鼠的器官成像 [39-41]。
由於此過氧化物酶是和過氧化氫有關，2009 年 Jianchun Bao 和 Huangxian Ju 團隊合成 FeS 奈米材料，透過此機制搭配 TMB 的氧化，偵測過氧化氫。
除了偵測過氧化氫，若再加入葡萄糖氧化酶 (glucose oxidase；GOx)，即可在偵 測葡萄糖，成為雙酶機制的感測器。近幾年，開發 Au NPs [42] 、石墨烯氧化物
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(GO) [43] 或利用 GO [44] 或碳 [45] 修飾在 Fe3O4 之複合材料及銅奈米團簇 (copper nanoclusters；CuNCs) [46] 等材料皆可同時偵測過氧化氫及葡萄糖。另外，
除了搭配 TMB 當受質外，2008 年 Erkang Wang 團隊則是選用 Fe3O4 搭配 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzo-thiazoline-6-sulfonic acid) diammonium salt (ABTS) 當 受質，亦成功偵測過氧化氫及葡萄糖 [47]。
除偵測過氧化氫和葡萄糖外，2010 年 Xiaogang Qu 團隊利用單壁碳奈米管 (single-walled carbon nanotubes ； SWNTs) 搭 配 TMB 偵 測 單 核 苷 酸 多 型 性 (single nucleotide polymorphism；SNP) [48]。2013 年 Jinsong Ren 和 Xiaogang Qu 團隊利用牛血清蛋白 (bovine serum albumin；BSA) 還原並保護金奈米團簇 (Au nanoclusters；AuNCs) 形成 BSA-AuNCs，此複合材料亦具有仿過氧化酶活性，
因此在含有 H2O2 的情況下，會催化 TMB 的氧化反應產生藍色產物的 oxTMB；
12 1.0 nM [59]。2014 年 Vipul Bansal 團隊開發利用合成適體 (acetamiprid-specific S-18 aptamer) 與金奈米粒子 (Au NPs) 結合，抑制金奈米粒子的活性當農藥感測
13 奈米碳管具仿過氧化酶活性，但多壁奈米碳管 (multiwalled carbon nanotubes；
MWCNTs) 具有低成本優勢，因此選擇多壁奈米碳管和銀奈米粒子利用碳管上官
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