MOF-on-MOF凝胶平台：超灵敏检测氯四环素和D-青霉胺的新突破

引言

抗生素残留是当前环境和食品安全领域面临的一个重大挑战。抗生素的广泛使用不仅导致环境污染，还增加了细菌耐药性的风险，对人类健康构成威胁。氯四环素（CTC）和D-青霉胺（D-PA）是两种常见的抗生素残留物，其检测对于食品安全和环境保护具有重要意义。传统的检测方法如高效液相色谱法和质谱法虽然准确，但设备昂贵、操作复杂，难以满足现场快速检测的需求。本文将介绍一种基于MOF-on-MOF金属有机凝胶的可视化传感平台，该平台能够实现对氯四环素和D-青霉胺的超灵敏检测，为抗生素残留检测提供了新的技术手段.

正文

一、抗生素残留的危害及检测需求

抗生素残留不仅污染环境，还可能通过食物链进入人体，导致细菌耐药性增加和人体健康受损。氯四环素是一种广泛使用的四环素类抗生素，而D-青霉胺是青霉素的自然降解产物。加强对这两种抗生素残留的监测对于保障食品安全和公共健康具有重要意义。然而，传统的检测方法存在设备昂贵、操作复杂、耗时长等缺点，难以满足现场快速检测的需求。因此，开发一种简单、快速、灵敏的检测方法具有重要的应用价值。

二、MOF-on-MOF凝胶平台的优势

本研究中开发的MOF-on-MOF凝胶平台具有优异的类过氧化物酶活性和强荧光特性，能够实现对氯四环素和D-青霉胺的超灵敏检测。该平台通过能量转移机制实现对氯四环素的荧光检测，检测限低至0.43 nM；同时，结合3,3′,5,5′-四甲基联苯胺（TMB）-过氧化氢（H₂O₂）体系，实现了对D-青霉胺的比色检测，检测限为8.66 nM。与传统的检测方法相比，该平台具有更高的灵敏度和更宽的检测范围，能够满足现场快速检测的需求。

三、MOF-on-MOF凝胶材料的创新之处

MOF-on-MOF凝胶材料的核心是Fe-Cu双金属MOF，外层为UiO-66-Eu。Fe和Cu的混合价态增强了电子转移效率，显著提高了类过氧化物酶活性。此外，过量的均苯四甲酸作为前驱体，促进了纳米颗粒的交联和凝胶化，形成了具有超高类过氧化物酶活性和优异荧光特性的凝胶材料。该材料的制备过程简单，且具有良好的水溶性和稳定性，为构建多功能生物传感器提供了理想的材料基础。

四、实验过程与结果

研究人员首先通过水热合成法合成了Fe-Cu双金属MOF，然后在其表面生长UiO-66-Eu，形成MOF-on-MOF结构的FCZE凝胶材料。通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等手段对材料的形貌和结构进行了表征，确认了其成功合成。接着，研究人员利用FCZE的类过氧化物酶活性和荧光特性，开发了针对氯四环素和D-青霉胺的检测方法。实验结果表明，该平台对氯四环素的检测具有良好的线性关系和低检测限，且在多种干扰物质存在的情况下仍能保持较高的选择性。对于D-青霉胺的检测，该平台也表现出优异的灵敏度和选择性。

五、应用前景与挑战

该MOF-on-MOF凝胶平台在抗生素残留检测中具有广阔的应用前景。首先，其超高的灵敏度和准确性使其能够检测食品和环境样品中极低浓度的抗生素残留，为食品安全监测和环境保护提供了有力的技术支持。其次，该平台操作简便、成本低廉，能够实现现场快速检测，适用于食品加工企业、超市、农贸市场等场所的抗生素残留筛查。然而，该技术在实际应用中仍面临一些挑战。例如，如何提高平台的稳定性和重复性，以确保检测结果的长期可靠性和一致性；此外，如何将该技术与其他检测方法相结合，实现多种抗生素的综合检测，也是未来研究的重要方向。

结论

总之，基于MOF-on-MOF的凝胶平台为氯四环素和D-青霉胺的检测提供了一种新的有效手段。其优异的类过氧化物酶活性和荧光特性显著提高了检测灵敏度和结果的准确性，为抗生素残留检测提供了有力的技术支持。未来，随着相关技术的不断优化和完善，该检测方法有望在食品安全监测、公共健康等领域得到广泛应用，为保障人类健康做出更大的贡献。

图1. (A)FCISE凝胶制备工艺示意图；(B)原理图CTC、D-PA检测过程；(C)检测CTC和D-PA的理论计算。

图2. (A)FCISE凝胶制备的示意图；(B)MBE（Fe-铜）的扫描电子显微镜；(C)FCze的扫描电子显微镜；(D-I)FCISE的O、Fe、Cu，Pr、Eu和覆盖元素映射；(J)FCISE凝胶的扫描电子显微镜；(K)FCISE凝胶的TEM；(L)FCISE的XPS测量光谱；(M)MBE（Fe-铜）的FT-IR光谱，FCISE。

图3. (A)CTC和D-PA的视觉检测图；(B)具有不同浓度的CTC（0.1、0.2、0.5、0.8、1、5、10、20、40、60、80和100 μM）的FCISE凝胶的视觉彩色图像；(C)G/R强度比与CIC浓度的图；(D)CTC检测线性关系曲线；(E)含有不同浓度D-PA（0.5、1、2、3、4、5、6、8、10、15、20和30 μM）的FCISE凝胶的视觉彩色图像；(F)G/B强度比与D-PA浓度的曲线；(G)D-PA检测的线性关系曲线。

参考文献：https://doi.org/10.1016/j.bios.2024.117012