基于复合二维材料同时检测环境中多种抗生物污染物开题报告

1. 研究目的与意义

抗生素是一类具有抵抗微生物活性的天然、半合成或人工合成化合物，作为广谱抗菌药物大量应用于人和动物的感染性疾病治疗， 并添加在饲料中作为生长促进剂促进动物的生长发育。抗生素在治疗疾病和促进畜牧生产方面做出了突出贡献，但同时其大量使用甚至滥用也带来了一系列环境问题。抗生素滥用以及造成的生态威胁是一个全球性问题。据报道, 我国各级医院住院患者抗生素使用率在70%以上, 而世界卫生组织 (WHO) 推荐的抗菌药物应用率为30%,相比之下, 我国滥用抗生素的情况更为严重。环境中抗生素诱导的大量耐药性致病菌的出现, 对人类健康和生态环境产生了威胁, 这使得抗生素在环境中的污染现状、迁移转化以及风险评价成为人们关注的焦点, 同时各国研究人员也纷纷致力于对多种环境中抗生素分析检测方法的研究与创新。

由于抗生素在废水中的浓度相对较低，所以抗生素的检测一般都是微量或是痕量分析，常采用具有高灵敏度的仪器进行检测。各研究机构对废水中抗生素的检测技术主要有色谱法和其联用技术、酶免疫分析法、毛细管电泳法等。国内外使用最广泛的还是液相色谱法及其联用技术。高效液相色谱具有灵敏度高、精确度高、分析效力高以及检测限低、特异性强的优点，同时也存在仪器昂贵、操作 繁琐、需要专业的分析操作人员、样品处理复杂、成本高的缺点。所以，该种方法很难成为一种常规检测技术。人们也在尝试着将一些新的方法引进到废水抗生素的检测中，例如，酶免疫分析方法和毛细管电泳分析方法等。酶免疫分析方法具有简便、灵敏、快速以及成本低的优点，但是其检测的结果还要通过MS的验证才能确证，而且国内对试剂盒的使用主要还是从国外进口，价格昂贵。现有的检测技术还不能完全检测到水体中的各种类的抗生素，所以随着科学技术发展以及社会对废水中抗生素污染的重视，一种简便、快速、准确、高效以及廉价的检 测方法，将是我国今后研究和开发的目标。为保护人类健康，研究抗生素残留高特异性、高灵敏度检测的相关科学问题，阐明其机理，为构建抗生素残留高特异性、高灵敏度检测方法提供理论依据，具有重要的理论价值和科学意义。 因此，如何建立稳定、高效且灵敏度高的检出抗生素的方法，从而保证检测结果的可靠性和一致性，将成为废水中抗生素的检测技术的一个关键环节。

基于已有的文献基础，本课题拟融合材料化学、环境化学等多学科手段和方法，针对利用复合的石墨炔材料检测抗生素的新方法这一研究课题。纳米材料已经被用于基于其比色、致发光或荧光性质的抗生素的检测。其中，具有类酶活性的纳米材料(即纳米酶)比天然酶具有成本低、稳定性好等优点，是检测抗生素的有希望的候选材料。而石墨炔复合纳米材料则是其中之一。石墨炔是由 1，3-二炔键将苯环共轭连接形成二维平面网络结构的全碳分子，具有丰富的碳化学键，大的共轭体系、宽面间距、优良的化学稳定性和半导体性能。本课题旨在探索建立以石墨炔为主，掺杂其他金属物质复合材料检测水环境中多种抗生素。石墨炔复合材料均能催化 TMB （3,3,5,5-四甲基联苯胺）和 H₂O₂的反应生成蓝色。在抗生素存在情况下，石墨炔基纳米酶的活性中心被吸附掩蔽，过氧化物模拟酶活性下降， 蓝色变淡。我们用二维碳材料纳米酶检测水环境中的多种污染物及建立定量方法。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：

①基于复合二维材料对水环境中抗生素的特异性识别作用，研究该检测方法对抗生素的识别作用，优化测定条件；

②通过前期实验，对不同种抗生素进行选取，最终确定异烟肼为本实验的测定目标；

3. 研究的方法与步骤

主要的研究方法：