探秘“荧光守护者”：如何让食品中的抗生素无所遁形？

原创

来源：杨融

2025-03-07 11:05:37

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核心提示：山东农业大学食品科学与工程学院的研究团队开发了一种基于钙钛矿量子点（PQDs）和碳点（CDs）的仿生比率型荧光传感器（PQDs/CDs@MIP）。这种传感器通过分子印迹聚合物（MIP）技术，实现了对环丙沙星的高度特异性识别和超灵敏检测。其工作原理简单而巧妙：当传感器接触到环丙沙星时，蓝色荧光增强而绿色荧光减弱，荧光强度比值（F460/F518）与环丙沙星浓度呈线性关系。这使得我们可以通过肉眼观察颜色变化或使用仪器测量荧光比值，来快速判断食品中是否含有环丙沙星残留。

研究背景：

在现代社会，食品安全问题日益受到广泛关注。抗生素残留，尤其是像环丙沙星（CIP）这样的常用药物，在水产品、家禽和畜产品中频繁检出，给消费者带来了潜在的健康风险。环丙沙星是一种广谱抗菌药，虽然其抗菌效果显著，但其环境持久性和可能引发的抗药性问题令人担忧。因此，开发一种快速、灵敏且可靠的检测方法，对于保障食品安全至关重要。

双信号比率型荧光传感：

制备了有机硅烷官能化 CDs 和 PQD/二氧化硅粉。PQDs/CDs@MIP 是通过分子印迹溶胶-凝胶工艺合成的，如图 1 所示。首先，通过超声处理将制备的 PQD （30.0 mg）、CDs 和 CIP （0.1 mmol）均匀分散在 15 mL ODE 中。随后，在室温下，在恒定磁力搅拌下定期滴加 APTES 和 TMOS 15 h。将 CIP 印迹复合材料离心并用乙醇洗涤，直到未检测到 CIP。最后，通过干燥过夜收集 PQDs/CDs@MIP。

图1 PQDs/二氧化硅（A）和 PQDs/CDs@MIP （B）的制备，用于CIP的比率荧光传感检测。

图2 PQDs/二氧化硅和 PQDs/CDs@MIP 的表征。PQDs/二氧化硅（A - C）和 PQDs/CDs@MIP（D - F）不同放大倍数的 TEM 图像; （G）PQDs/二氧化硅和 PQDs/CDs@MIP 的 XRD 图谱，（H）CDs、PQDs/二氧化硅、PQDs/CDs@MIP 和 PQDs/CDs@NIP 的 FT - IR 光谱; （I）PQDs/CDs@MIP 的 XPS 光谱。

传统的荧光传感器通常只有一个荧光信号，容易受到环境因素的干扰。而PQDs/CDs@MIP传感器则采用了双信号比率型设计，即同时利用蓝色和绿色两种荧光。这种设计不仅提高了检测的稳定性和准确性，还能够在复杂样品中减少背景噪声的影响。此外，该传感器还具备良好的光稳定性，即使在长时间暴露于自然光下，荧光强度也不会明显下降，非常适合用于现场检测。

创新之处：

双通道荧光响应：传统的单发射荧光传感器容易受到环境因素干扰，而这项新技术通过引入双通道信号（460 nm和518 nm），实现了自校准机制，从而提高了测量的准确性和可靠性。

仿生分子识别：传感器中的MIP层模仿了生物体内抗体对抗原的选择性结合特性，能够特异性地捕捉环丙沙星分子，大大增强了检测的选择性。

环境稳定性：钙钛矿量子点虽然性能优异，但在空气中不稳定。研究团队通过将其封装在硅基MIP中，有效解决了这一难题，使传感器能够在复杂环境下长期稳定工作。

直观的颜色变化：随着环丙沙星浓度的增加，传感器从绿色逐渐变为蓝色，这一明显的颜色转变使得即使没有专业设备，也能通过肉眼初步判断样品是否含有环丙沙星。

结论：

•构建了一种基于 PQDs 和 CDs 的新型比率式 FL 仿生传感器。

•PQD/CDs@MIP 对 CIP 表现出高选择性，IF 值为 4.27。

•该平台实现了对 CIP 的超灵敏检测，LOD 低至 5.0 nM。

•PQDs/CDs@MIP 传感器用于 CIP 分析，回收率为 90.0 % −106.7 %。

这项技术的应用前景非常广阔：

水产养殖监测：通过在养殖场定期使用该传感器，可以及时发现并控制抗生素的使用量，避免过量使用导致的环境污染和食品安全隐患。