活性氧（ROS）是生物體中至關(guān)重要的信號(hào)分子，能夠調(diào)控多種生物過(guò)程。在植物體內(nèi)，基礎(chǔ)ROS水平不僅介導(dǎo)正常的生長(zhǎng)發(fā)育，還通過(guò)精細(xì)調(diào)控的氧化還原網(wǎng)絡(luò)通路，調(diào)控代謝、衰老及程序性細(xì)胞死亡等關(guān)鍵生理功能。此外，當(dāng)植物遭受生物或非生物脅迫（如病原體侵襲、干旱或創(chuàng)傷）時(shí)，ROS會(huì)迅速積累，從而對(duì)作物產(chǎn)量產(chǎn)生不利影響。其中，H2O2被認(rèn)為是主要的ROS，在細(xì)胞間和細(xì)胞內(nèi)通訊中發(fā)揮關(guān)鍵信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用。因此，植物中H2O2的監(jiān)測(cè)對(duì)于揭示脅迫信號(hào)及相關(guān)生理機(jī)制至關(guān)重要。

近期，武漢大學(xué)的黃衛(wèi)華教授聯(lián)合湖北大學(xué)陳苗苗教授在《Advanced Functional Materials》國(guó)際期刊上在線發(fā)表題為“Tetraphenylethylene-equipped Graphene Quantum Dots Heterostructure with Enhanced Cathodic Photoelectrochemical Signal for Hydrogen Peroxide Detection in Plants"的原創(chuàng)性研究論文。該研究采用陰極光電化學(xué)（PEC）傳感方法，并借助水凝膠微針，實(shí)現(xiàn)了對(duì)植物體內(nèi)H2O2監(jiān)測(cè)。

作者首先設(shè)計(jì)和制備了具有陰極響應(yīng)的光電材料（圖1）。其核心策略是將富含π電子的四苯基乙烯（TPE）分子與p型石墨烯量子點(diǎn)（GQDs）通過(guò)π-π堆積作用組裝形成TEGQDs異質(zhì)結(jié)。通過(guò)供體-受體協(xié)同作用，以及異質(zhì)結(jié)內(nèi)部建立的快速電子傳輸通道，有效解決了單一石墨烯量子點(diǎn)載流子復(fù)合嚴(yán)重的問(wèn)題。

與純GQDs修飾的ITO電極（GQDs/ITO）相比，TEGQDs修飾的ITO電極（TEGQDs/ITO）不僅保留了陰極光電流響應(yīng)特性，而且其信號(hào)強(qiáng)度顯著增強(qiáng)。這歸因于TPE作為電子供體，能夠有效捕獲GQDs產(chǎn)生的光生空穴，從而抑制電子-空穴對(duì)的復(fù)合（圖2）。

為了提高檢測(cè)的靈敏度，向檢測(cè)體系中引入了4-氯-1-萘酚（4-CN）。在H2O2存在下，TEGQDs繼承GQDs的類過(guò)氧化物酶活性可催化4-氯-1-萘酚氧化，在傳感電極表面生成不溶性沉淀物，從而降低光電流響應(yīng)?；谏鲜霾呗?，該P(yáng)EC傳感器對(duì)H2O2的檢測(cè)線性范圍寬，檢測(cè)限低至70.2 nM，并展現(xiàn)出優(yōu)異的選擇性，可抵御多種植物內(nèi)源分子干擾（圖3）。

為將該方法推向?qū)嶋H應(yīng)用，該研究進(jìn)一步將PEC傳感器與微創(chuàng)微針提取技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建了一套穩(wěn)定的分析系統(tǒng)（圖4）。在微針設(shè)計(jì)上，作者采用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）3D打印技術(shù)（nanoArch® S140，精度：10 μm）制備了15 × 15微針模板，并在此基礎(chǔ)上制備了水凝膠微針。該微針在提取葉片汁液時(shí)，將微針置于葉片表面，隨后通過(guò)手指施加壓力進(jìn)行數(shù)秒的刺穿操作。之后剝離微針，葉片表面會(huì)保留完整的多孔陣列（15×15），表明微針插入率達(dá)到了100%。利用這一方法，該系統(tǒng)不僅成功用于多種植物葉片中H2O2的定量測(cè)定，還監(jiān)測(cè)了番茄葉片在多種生物脅迫（灰葡萄孢菌）和非生物脅迫（機(jī)械損傷、高溫）下的H2O2波動(dòng)，檢測(cè)結(jié)果與比色法高度一致。

總結(jié)：該研究通過(guò)π-π堆疊相互作用，制備了一種新型TEGQDs異質(zhì)結(jié)構(gòu)，成功構(gòu)建了陰極PEC傳感器。進(jìn)一步結(jié)合微針提取技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了植物體內(nèi)H2O2的監(jiān)測(cè)。這一研究為解析植物中活性氧（ROS）介導(dǎo)的脅迫信號(hào)傳導(dǎo)提供了實(shí)用可靠的工具，在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)和作物管理中具有廣泛應(yīng)用的巨大潛力。盡管由于該傳感器與采樣微針分離，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)植物ROS的原位在線監(jiān)測(cè)。但作者提出將PEC傳感器與微針集成，并結(jié)合便攜式檢測(cè)設(shè)備及無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)原位測(cè)量與遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)。該方法將進(jìn)一步拓展PEC傳感器在植物信號(hào)分子監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，推動(dòng)植物健康與脅迫監(jiān)測(cè)向智能化和信息化方向發(fā)展。