在水产养殖业中，四环素类抗生素（如四环素盐酸盐）被广泛用于治疗细菌感染，但其滥用或过量使用会导致水产品中抗生素残留超标，进而危害人类健康和生态环境。因此，开发一种快速、准确的四环素检测技术显得尤为重要。近期，《Journal of Hazardous Materials》上发表的一项研究成果，为我们提供了一种基于Eu-MOF@Tb³⁺的比率荧光探针，实现了对水产品中四环素的高效检测。

研究背景与意义

四环素类抗生素在水产养殖中的应用，虽然能够有效抑制细菌生长，保障水产品健康生长，但其残留问题不容忽视。残留的四环素可能通过食物链进入人体，引发耐药性细菌产生、影响人体正常菌群平衡，甚至对肝脏、肾脏等器官造成损害。此外，四环素进入水环境后，会破坏水生生态系统的平衡，抑制藻类光合作用，影响水生生物的正常代谢。因此，建立一种简便、灵敏的四环素检测方法，对于保障水产品质量安全、保护水环境具有重要意义。

Eu-MOF@Tb³⁺比率荧光探针的制备与特性

研究人员采用反相微乳液法成功合成了尺寸均匀的纳米级金属有机框架材料——Eu-BDC，并在其基础上掺杂了Tb³⁺，制备出具有双发射特性的Eu-MOF@Tb³⁺比率荧光探针。该探针的制备过程如下：首先，将Triton X-100、正己醇和正庚烷混合形成反相微乳液，然后加入BDC和吡啶的混合溶液，通过旋转蒸发得到BDC的铵盐。接着，将Eu(NO₃)₃·6H₂O和BDC铵盐分别溶解在水中，混合后加入微乳液中，经过搅拌、离心、洗涤等步骤，得到Eu-BDC。最后，将Eu-BDC分散在DMF中，与Tb(NO₃)₃·6H₂O溶液混合，超声处理后得到Eu-BDC@Tb³⁺溶液。

Eu-BDC@Tb³⁺探针具有优异的光学性能。其吸收光谱显示，Eu-BDC和Tb³⁺的最大吸收峰分别位于245 nm和300 nm，形成Eu-BDC@Tb³⁺后，最大吸收峰红移至250 nm和300 nm，表明Eu-BDC与Tb³⁺之间发生了配位作用。激发光谱表明，Tb³⁺的最大激发波长为260 nm，而Eu-BDC@Tb³⁺的最大激发波长为267 nm。在250-300 nm激发下，Eu-BDC@Tb³⁺的发射光谱呈现出随着激发波长增加先增加后减小的趋势，且在260 nm激发下，Eu-BDC的发射强度最高，因此选择260 nm作为激发波长。此外，Eu-BDC@Tb³⁺在室温下存放5-45天后，荧光强度仍保持在初始值的97.20%，显示出良好的稳定性。

四环素检测性能与机制

Eu-BDC@Tb³⁺探针对四环素具有良好的检测性能。当向Eu-BDC@Tb³⁺溶液中加入不同浓度的四环素时，Eu-BDC的荧光强度逐渐减弱，而Tb³⁺的荧光强度几乎保持不变，导致542 nm和615 nm处荧光强度比值（F₅₄₂/F₆₁₅）逐渐增大。通过绘制F₅₄₂/F₆₁₅与四环素浓度的标准曲线，发现二者在2.5-75 μM范围内呈良好的线性关系，相关系数为0.9958，检测限（LOD）和定量限（LOQ）分别为0.115 μM和0.382 μM。这表明Eu-BDC@Tb³⁺探针能够定量检测四环素，且具有较低的检测限和较宽的检测范围。

探针的荧光猝灭机制主要涉及a-光诱导电子转移（a-PET）和内滤效应（IFE）。通过时间分辨荧光衰减实验发现，加入四环素前后，Eu-BDC@Tb³⁺在615 nm处的荧光寿命几乎不变，说明四环素的引入并未改变荧光寿命，排除了动态猝灭机制。进一步的Stern-Volmer方程和Lineweaver-Burk方程分析表明，四环素与Eu-BDC@Tb³⁺之间存在静态猝灭作用，且具有较强的结合亲和力。TD-DFT计算结果显示，四环素与Eu-BDC之间发生了a-PET效应，四环素的HOMO或HOMO-1能级的电子转移到Eu-BDC的HOMO能级，阻止了激发态电子返回基态，导致荧光猝灭。同时，由于四环素的吸收与260 nm激发波长部分重叠，伴随有IFE作用，进一步降低了荧光强度。而Tb³⁺的荧光不受影响，可能是因为四环素与Tb³⁺的配位作用增强了其荧光，补偿了IFE引起的荧光降低。

实际应用验证

研究人员将Eu-BDC@Tb³⁺探针应用于实际水产品样本中四环素的检测。以金鱼（Carassius auratus）为例，通过HPLC-DAD方法测定不同添加浓度下金鱼样本中四环素的提取率，结果表明提取率在92.74-96.91%之间，相对标准偏差小于1.35%。采用Eu-BDC@Tb³⁺荧光检测法，金鱼样本中四环素的平均回收率为107.66%，相对标准偏差小于2.73%，显示出良好的检测效果。此外，该探针还成功应用于文蛤（Ruditapes philippinarum）样本中四环素的检测，进一步验证了其在实际水产品检测中的适用性。

智能手机荧光检测方法的开发

为了实现四环素的现场快速检测，研究人员开发了一种基于智能手机的荧光检测方法。将Eu-BDC@Tb³⁺溶液与不同浓度的四环素溶液混合后，置于96孔板中，经过30分钟孵育，在254 nm紫外灯下拍摄图像，利用自研软件Thing Identify分析图像的RGB值变化。实验结果表明，G/R比值与四环素浓度呈强线性关系，检测限为2.29 μM。该方法操作简便，能够快速定量检测四环素，为现场快速检测提供了新的思路。

结论与展望

本研究成功制备了基于Eu-MOF@Tb³⁺的比率荧光探针，实现了对水产品中四环素的高灵敏度、高选择性检测。该探针具有较低的检测限和较宽的检测范围，且在实际水产品样本中表现出良好的检测效果。同时，开发的智能手机荧光检测方法为现场快速检测提供了便捷的手段。未来，研究人员可以进一步优化探针的性能，拓展其在其他抗生素检测中的应用，并结合物联网、大数据等技术，构建智能化的水产品安全监测系统，为保障水产品质量安全、保护水环境做出更大的贡献。

图1. Eu-BDC@Tb³⁺的合成过程及TCH的检测过程

图 2. (A) Eu-BDC、BDC和TCH的基态和激发态的图形表示；(B) TCH的吸收光谱和计算吸收光谱；Eu-BDC@Tb³⁺与TCH反应的SternVolmer曲线 (C)、Lineweaver-Burk曲线 (D)、lg [(F₀-F)/F] - lgC_q曲线(E)和Hill曲线(F)

图3. (A) Eu-BDC@Tb³⁺对TCH的选择性和竞争性；(B) HPLC-DAD得到的TCH标准曲线；(C) 实际样品中TCH的液相色谱图；(D) 智能手机检测TCH示意图；(E) 智能手机可视化方法得到的TCH标准曲线。

参考文献：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.134045