9月4日，第十三届“金三发·德佑”杯全国大学生非织造材料开发与应用双创大赛成果发布会在上海新国际博览中心举行。本届大赛共评出特等奖1项，一等奖3项（含“德佑·擦拭未来之星”1项），二等奖15项（含“德佑·绿色发展奖”5项），三等奖57项。其中，“德佑·擦拭未来之星”奖项从包装设计、材料选择、结构设计、成分功效等方面探索未来的擦拭产品形态与功能；“德佑·绿色发展奖”奖项从材料选择、工艺研究、加工整理、循环再生等方面探索擦拭产品的绿色发展。
接下来，我们将推出【德佑·擦亮绿色未来】栏目，呈现“德佑·擦拭未来之星”“德佑·绿色发展奖”的创新与可持续解决方案。
“一擦现形”——基于非织造布的擦拭用农残即时显色检测产品
我国是一个农业大国，农业对国民经济以及人民生活有着举足轻重的作用。农作物病害、虫害、草害、鼠害等是影响农业生产的主要灾害，而化学农药由于其见效快、防治范围广、性质稳定、便于贮运、价格低廉等优点，在防治农作物病虫草鼠害及消灭卫生害虫、疾病等方面发挥着巨大的作用，是现代农业生产中必不可少的重要生产资料，促进了现代农业的发展。我国使用的农药主要包括杀虫剂、杀菌剂、除草剂和植物生长调节剂等四大类。其中，杀虫剂的使用量最大，占据了我国农药使用总量的一半以上。而在杀虫剂中，有机磷类杀虫剂是我国使用最多的一种。具体来说，有机磷农药如敌敌畏、毒死蜱、马拉硫磷等，被广泛应用于防治农作物的害虫，包括棉铃虫、稻飞虱、玉米螟、菜蛾等。氨基甲酸酯类农药是在天然毒扁豆碱结构基础上发展起来的，是应用较广泛的一类杀虫剂，可用于杀虫、杀菌、除草等方面，这些农药虽然能够有效地控制害虫，但其残留期长，对环境和人体健康的影响大。对于大多数人来说，农残主要是来自食用带有残留农药的食品。近年来，我国剧毒、高毒有机磷与氨基甲酸酯类农药的不合理使用，造成不少食用果实、蔬菜者的急性与亚急性中毒。色谱法虽然定量准确、灵敏度高,但所需要的设备昂贵,需要专业人员操作,且分析时间长,不利于现场监测。残留检测方法覆盖面窄,检测速度慢，成本偏高使得无法适应当今追求简便、快速的市场需求。相对于农药残留确证分析的色谱法，农药残留快速检测方法因具有快速、简易等优点，在发展中国家的食品安全保障中应用广泛。其中以酶抑制法为原理的试纸条检测方法已作为我国的国家标准（GB/T 5009.199）。然而现有的试纸条存在依赖人工操作使折叠酶片与底物片反应、反应不充分等严重缺陷，直接导致实际检测中的样品量小、操作繁琐、结果误判等，限制了该方法的推广应用。本项目设计了一款能快速检测农产品中有机磷和氨基甲酸酯类农药的非织造布产品，具有操作简便，检测快速，灵敏度更高等特点，对环境安全和人们身体的健康都有非常重要的意义。全棉水刺非织造布；聚乙烯醇水溶膜；磷酸氢二钠，国药集团化学试剂有限公司；无水磷酸二氢钾，国药集团化学试剂有限公司；氢氧化钠（颗粒状），国药集团化学试剂有限公司；乙酰胆碱酯酶，上海源叶生物科技有限公司；明胶，国药集团化学试剂有限公司；吲哚乙酸酯，上海源叶生物科技有限公司；无水乙醇，国药集团化学试剂有限公司；碳酸钠，国药集团化学试剂有限公司；铁氰化钾，上海阿拉丁生化科技股份有限公司。作品所用工艺路线及机理如图1所示，具体工艺方案如下所述：固定胆碱酯酶的全棉水刺非织造布（显色布）：分别取15.0g磷酸氢二钠（Na2HPO4·12H2O）与1.59 g无水磷酸二氢钾（KH2PO4），用500mL蒸馏水溶解，用来配制 pH7.5缓冲溶液。在缓冲液中加入明胶颗粒，配置浓度为0.6%的明胶溶液，在60℃条件下水浴加热并搅拌至其溶解，冷却至室温，然后加入乙酰胆碱酯酶，磁力搅拌至其完全溶解，得到3U/ml的胆碱酯酶溶液，将全棉水刺非织造布放入配置好的的乙酰胆碱酯酶溶液中浸渍整理，并在室温下晾干，得到固定胆碱酯酶的全棉水刺非织造布，每块全棉水刺非织造布的固定酶量为2U；负载吲哚乙酸酯的全棉水刺非织造布（底物布）：用无水乙醇溶解吲哚乙酸酯，并磁力搅拌均匀，配置0.4%的吲哚乙酸酯溶液，随后将全棉水刺非织造布放入配置好的的吲哚乙酸酯溶液中浸渍整理，并在50℃烘箱中烘干2h，得到负载吲哚乙酸酯的全棉水刺非织造布, 每块全棉水刺非织造布的负载的吲哚乙酸酯量为3mg；负载铁氰化钾的全棉水刺非织造布：配置浓度为3%的碳酸钠溶液，并使用氢氧化钠溶液滴定，调节PH至10，然后加入铁氰化钾，配置浓度为0.5%的铁氰化钾溶液，随后对全棉水刺非织造布进行浸渍整理，并在50℃烘箱中烘干2h，得到负载铁氰化钾的全棉水刺非织造布；将50um厚的聚乙烯醇水溶膜裁剪，然后将固定有胆碱酯酶的全棉水刺非织造布-pva水溶膜-负载吲哚乙酸酯的全棉水刺非织造布-负载铁氰化钾的全棉水刺非织造布四层结构复合在一起，随后通过EZcad软件设计出易撕口图案，使用CO2红外激光器（FST Ezcad-Series）对产品进行激光切割处理，在负载铁氰化钾的全棉水刺非织造布上快速切割，将本产品分成三份农残速测非织造布，使用时沿易撕口取下一份本产品，进行瓜果蔬菜的农残速测，方便快捷。本产品作为一种小巧便携，操作简便，能快速检测农产品中有机磷和氨基甲酸酯类农药的非织造布，可以用于家庭农产品自测，也可用于食堂、超市、菜市场等农产品中有机磷和氨基甲酸酯类农药残留的快速检测。胆碱酯酶会催化水解吲哚乙酸酯生成吲哚酚，而吲哚酚容易被氧化成靛蓝而显蓝色，有机磷或氨基甲酸酯类农药对胆碱酯酶有抑制作用，（①有机磷农药与胆碱酯酶的活性中心——丝氨酸的羟基发生磷酸化反应，形成磷酰化胆碱酯酶，从而使其失去催化水解吲哚乙酸酯的能力②胆碱酯酶的活性中心丝氨酸的羟基能与氨基甲酸酯类农药发生氨基甲酰化反应，从而使胆碱酯酶失去催化水解吲哚乙酸酯的能力）使催化、水解、变色的过程发生变化，通过观察显色布的颜色变化可判断出样品中是否有高剂量有机磷或氨基甲酸酯类农药的存在。显色布不变色或略有浅蓝色均为阳性结果，不变蓝为强阳性结果，说明农药残留量较高，显浅蓝色为弱阳性结果，说明农药残留量相对较低。显色布变为天蓝色，为阴性结果。缓冲液能够有效地调节溶液中的pH值，使混合溶液的pH值保持在一个对酶活性最为有利的范围内，避免过酸或过碱的环境对酶活性的抑制或破坏。缓冲液还能够减少环境因素，如温度、湿度等对酶活性的影响，从而提高酶的稳定性和最终检测结果的准确性。将胆碱酯酶固定在明胶中，可以显著提高酶的稳定性，延长其保存期限，并可增强其催化活性。水刺法非织造布是由纤维三维杂乱排列形成的多孔结构组成的材料，具有较大的比表面积和较多的毛细管通道，有利于水分子的吸附和传输，而且，由于纤维间存在大量的空隙和通道，水分子能够迅速扩散到纤网的内部，从而提高了整体的吸湿性能，利于提升反应速度。且棉纤维化学结构中含有大量的极性基团（如羟基），这些基团能够与水分子形成氢键，从而赋予棉纤维良好的亲水性和吸湿性，进而提升检测液进入产品后的反应速度，缩短检测时间。本产品包含三份农残速测非织造布，使用时沿易撕口取下一份样品，先用洁净的水将待测的瓜果蔬菜等农产品轻微打湿，再用本速测非织造布上外露为显色布的一面轻轻擦拭农产品上湿润的部位，然后将本速测非织造布向上水平放置（显色布居于最上方），在常温条件下反应，9分钟后观察显色布的颜色变化。本产品用于检测农产品中有机磷和氨基甲酸酯类农药残留。有机磷和氨基甲酸酯类农药溶液先接触顶层附着有胆碱酯酶的全棉水刺非织造布，在水刺非织造布中沿水平与垂直方向快速渗透，并与之反应，在此同时，溶液接触到聚乙烯醇水溶膜，水溶膜逐渐融化，在6分钟左右融化出孔隙，能确保农药中的有机磷或者氨基甲酸酯类农药能和胆碱酯酶反应完全。此时剩余的胆碱酯酶用于水解下层吲哚乙酸酯，生成吲哚酚。由于全棉水刺非织造布的毛细作用，吲哚酚溶液会在垂直方向快速扩散至负载铁氰化钾的全棉水刺非织造布，铁氰化钾具有很好的氧化性，能快速氧化吲哚酚生成蓝色的靛蓝，在几层非织造布中形成均一的溶液。一次测试仅需9min。对敌百虫进行了测试，敌百虫是一种重要的有机磷杀虫剂，具有广谱、高效、低残留等特点，在农业、卫生和畜牧业等领域广泛应用。配置0.01mg/L的待测敌百虫溶液和缓冲液，缓冲液作为空白对照，分别将两种溶液滴加到本农残测试非织造布产品上，静置9min，观察结果。该速测卡对敌百虫的检出限为0.01mg/L，反应了该产品对农药具有较好的灵敏度。该产品一次测试仅需9min，而且成本低廉，它不仅适用于家庭检测还将给市场监督、田间蔬菜进行快速筛选监测、卫生防疫站、农业植检站等单位对蔬菜农药残留的检测带来极大的方便。制作一批本农残速测产品，常温下放置。以制备的缓冲液为阴性样品，以0.01mg/L的敌百虫溶液做阳性样品，每隔一天用本农残速测产品对阴性样品和阳性样品进行检测，结果如表2。从表可以看出在常温下放置数天，本农残速测产品仍然保持较好的检测效果。使用铁氰化钾加速吲哚酚氧化为靛蓝，大大提高了农残检测的速度。使用吲哚乙酸酯作为底物水解生成的吲哚酚氧化后形成的靛蓝，其最大吸收峰在610-660nm(深蓝色)，颜色鲜艳肉眼判读更清晰。通过固定有胆碱酯酶的全棉水刺非织造布-pva水溶膜-附着有吲哚乙酸酯的全棉水刺非织造布-负载铁氰化钾的全棉水刺非织造布四层结构协同发挥作用，将检测时间缩短至9min，可以快速简便的检测农产品中有机磷和氨基甲酸酯类农药残留。本非织造布农残速测产品包含全棉水刺非织造布、聚乙烯醇水溶膜、磷酸氢二钠、无水磷酸二氢钾、氢氧化钠、乙酰胆碱酯酶、明胶、吲哚乙酸酯、无水乙醇、碳酸钠、铁氰化钾。每个产品成本约为9.64元。全棉水刺非织造布具有良好的亲水性、吸水性，这使得本产品在检测农药残留具有更好的性能，也为农药快速检测产品的研发注入了新的活力，充分彰显了非织造材料在产品开发领域中的创新潜力和应用价值。本次大赛主题为：创新与可持续。全棉水刺非织造布的毛细效应使检测液自输送，显色均匀性优于滤纸层析，多孔结构增大了酶和吲哚乙酸酯的负载量，提高了灵敏度。全棉水刺非织造布由天然纤维制成，具有可生物降解的特性，减少了对环境的污染，符合环保和可持续发展的要求。
点我访问原文链接
