A penicillinase-modified poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylamide) smart hydrogel biosensor with superior recyclability for sensitive and colorimetric detection of penicillin G

青霉素 丙烯酰胺 生物传感器 材料科学 抗生素 自愈水凝胶 纳米技术 聚合物 化学 高分子化学 生物化学 单体 复合材料
作者
Xi Wang,Yan-Lin Wang,Hai-Rong Yu,Xingbin Lv,Ting Liang,Chang-Jing Cheng
出处
期刊:Biosensors and Bioelectronics [Elsevier BV]
卷期号:254: 116221-116221 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.bios.2024.116221
摘要

Antibiotics are widely used for treating bacterial infections. However, excessive or improper use of antibiotics can pose a serious threat to human health and water environments, and thus, developing cost-effective, portable and effective strategies to analyze and detect antibiotics is highly desired. Herein, we reported a responsive photonic hydrogel (RPH)-based optical biosensor (PPNAH) with superior recyclability for sensitive and colorimetric determination of a typical β-lactam antibiotic penicillin G (PG) in water. This sensor was composed of poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylamide) smart hydrogel with incorporated penicillinase and Fe3O4@SiO2 colloidal photonic crystals (CPCs). The sensor could translate PG concentration signals into changes in the diffraction wavelength and structural color of the hydrogel. It possessed high sensitivity and selectivity to PG and excellent detection performances for other two typical β-lactam antibiotics. Most importantly, due to the unique thermosensitivity of the poly(N-isopropylacrylamide) moieties in the hydrogel, the PG-responded PPNAH sensor could be facilely regenerated via a simple physical method at least fifty times while without compromising its response performance. Besides, our sensor was suitable for monitoring the PG-contaminated environmental water and displayed satisfactory detection performances. Such a sensor possessed obvious advantages of superior recyclability, highly chemical stability, low production cost, easy fabrication, wide range of visual detection, simple and intuitive operation for PG detection, and environmental-friendliness, which holds great potential in sensitive and colorimetric detection of the PG residues in polluted water.

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