Carboxylated cellulose nanofibrils as biogenic modulators and nanotemplates for defect-engineered UiO-66-OH enabling ultrasensitive pesticide detection and multifunctional fruit coatings.
Int J Biol Macromol · 2026 · 374:153096 · PMID 42309449 · 등급6 세포·모델 모델링연구 · 농업과 정책 > 기타·종설 · 직업
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생물량 유래 다당류 고분자는 가역적인 표면기, 자가조립 특성 및 환경 친화성을 바탕으로 녹색 농업 및 식품 응용 분야를 위한 지속 가능하고 생체 적합한 기능성 재료로 부상하였다. 금속-유기 골격체(MOFs)는 우수한 구조적 특성 덕분에 뛰어난 감지 잠재력을 가지지만, 순수 MOFs는 실제 적용에서 심각한 응집, 낮은 물질 전달률, 낮은 특이성/안정성과 같은 결정적인 결함을 가지고 있어 광범위한 배치를 제한한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 녹색 및 지속 가능한 카르복실화 셀룰로스 나노섬유(CNFs, 전형적인 선형 다당류 생물 고분자)만을 유일한 생체 기원 조절제 및 나노 주형으로 사용하여 UiO-66-OH의 구조 조절을 위한 일반적인 전략이 제안되었다. CNFs의 경쟁적 배위 및 나노 주형 효과에 의해 구동된 결함성 나노 크기의 UiO-66-OH는 풍부한 활성 자리와 증폭된 형광 신호를 특징으로 하며, 민감한 농약 검출을 위해 분자 내 전하 이동(ICT) 효과를 조절한다. 목표 분석물 존재 하에 뚜렷한 형광 증강이 달성되었으며, 그 한계 검출 한계(LOD)는 1.40 μg/kg (곡물 내 국제 글리포세이트 MRL인 0.1 mg/kg보다 훨씬 낮음)이었고 17가지 일반적인 간섭 물질에 대해 강력한 항간섭성을 보였다. 추가적으로, CNFs 다당류의 자가조립 특성을 활용하여 스프레이 코팅을 통해 식품 등급의 다기능성 과일 코팅이 제작되었으며, 이는 현장에서 농약 잔류물 및 과일 신선도, 농약 분해, 장기 보존 모니터링을 가능하게 하였다. 본 연구는 셀룰로스 기반 생체 고분자의 고부가가치 활용에 대한 합리적인 재료 설계 통찰력과 기술적 지원을 제공하며, 농업용 농약 잔류물의 녹색 거버넌스와 고효율 과일 보존에도 기여한다.ORIGINAL ABSTRACT
Biomass-derived polysaccharide macromolecules have emerged as sustainable, biocompatible functional materials for green agricultural and food applications, owing to their tunable surface groups, self-assembly properties and environmental friendliness. MOFs hold great sensing potential for their superior structural properties, while pure MOFs have critical flaws (severe agglomeration, low mass transfer, poor specificity/stability) in practice, limiting their broader deployment. To address this challenge, a general strategy for structural regulation of UiO-66-OH using green and sustainable carboxylated cellulose nanofibrils (CNFs, a typical linear polysaccharide biomacromolecule) as the sole biogenic modulator and nano-template was proposed. Driven by the competitive coordination and nano-templating effects of CNFs, the defective nanosized UiO-66-OH features abundant active sites and amplified fluorescence signals, modulating the intramolecular charge transfer (ICT) effect for sensitive pesticide detection. In the presence of the target analyte, a distinct fluorescence enhancement was achieved, with an LOD of 1.40 μg/kg (far below the international glyphosate MRL of 0.1 mg/kg in grains) and robust anti-interference against 17 common interferents. Additionally, leveraging the self-assembly properties of CNFs polysaccharide, a food-grade multifunctional fruit coating was fabricated via spray coating, enabling in-situ visual monitoring of pesticide residues and fruit freshness, pesticide degradation, and long-acting fruit preservation. This work offers a rational material design insight and technical support for high-value utilization of cellulose-based biomacromolecules, as well as the green governance of agricultural pesticide residues and high-efficiency fruit preservation.| 저자 | Liang, X.; Liu, Y.; Song, C.; Ning, J.; Zhao, C.; Li, J.; Zu, B.; Dou, X. |
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| 저널 | International journal of biological macromolecules |
| 권·호·쪽 | 374, 153096 |
| PMID | 42309449 |
| DOI | 10.1016/j.ijbiomac.2026.153096 |