摘要

传统检测TCs方法如高效液相色谱（HPLC）依赖昂贵设备和专业人员，而快速检测技术（如荧光法）易受环境干扰。本研究提出一种新型双模式检测策略，结合比色法与表面增强拉曼散射（SERS），开发了Ag@NH₂-MIL-101(Al)-Ag纳米探针。该探针通过银纳米颗粒（AgNPs）与NH₂-MIL-101(Al)金属有机框架的协同作用，显著提升了类过氧化物酶活性和SERS增强性能。基于TCs与显色底物TMB的竞争性氧化反应，实现比色模式（检测限10^-3 ppm）与SERS模式（检测限10^-5 ppm）的互补检测。在实际蜂蜜样品中回收率达87.69%~120.49%，验证了其可靠性与实用性，为食品与环境污染物监测提供了高效解决方案。

方法

1. 纳米探针合成：AgNPs通过柠檬酸钠还原硝酸银制备，随后与NH2-MIL-101(Al)结合，形成Ag@NH₂-MIL-101(Al)-Ag复合结构。AgNPs通过Ag-N键锚定于MOF表面，增强结构稳定性与催化活性。

2. 双模式检测原理：在H₂O₂存在下，探针催化产生活性氧（ROS），氧化TMB生成蓝色产物（ox-TMB），其吸光度（652 nm）与TCs浓度成反比。同时，ox-TMB的拉曼特征峰（1601 cm^-1）强度随TCs竞争抑制而降低，实现SERS信号定量。

3. 实验优化：通过调节pH（5.0）、温度（35°C）、反应时间（5分钟）和探针用量（40 μL比色/60 μL SERS）优化检测条件，确保高灵敏度与重复性。

图1：(A)Ag@NH2-MIL-101（Al）-Ag纳米探针的合成路线。(B)TCs上比色-SERS双模式检测的传感和竞争机制示意图。

结果

1. 探针表征：SEM显示AgNPs均匀负载于MOF表面；XRD与拉曼光谱证实复合结构成功构建，AgNPs的等离子共振效应显著增强SERS信号。

图2 (A) NH₂-MIL-101(Al) 颗粒的 SEM 图像；(B) Ag@NH₂-MIL-101(Al)-Ag 纳米探针的 SEM 图像；(C) NH₂-MIL-101(Al)、AgNPs (银纳米颗粒)、Ag@NH₂-MIL-101(Al) 和 Ag@NH₂-MIL-101(Al)-Ag 颗粒的 XRD 谱图；(D) NH₂-MIL-101(Al)、Ag@NH₂-MIL-101(Al) 和 Ag@NH₂-MIL-101(Al)-Ag 颗粒的拉曼光谱。

2. 检测性能：比色模式下，TCs（四环素、土霉素、多西环素）线性范围分别为7.63×10^-3~1.53 ppm、7.89×10^-3~3.94 ppm、8.14×10^-3~4.07 ppm，检测限低至10^-3 ppm；SERS模式下，线性范围扩展至10^-5~10^-2 ppm，检测限达10^-5 ppm，灵敏度优于现有技术。

图3（A）Ag@NH₂-MIL-101(Al)-Ag 纳米探针的颜色随不同浓度四环素（TET）变化的光学照片对比；（B）随不同浓度土霉素（OTC）变化的照片对比；（C）随不同浓度强力霉素（DOX）变化的照片对比；（D）652 nm 处不同浓度 TET 的吸光度；（E）652 nm 处不同浓度 OTC 的吸光度；（F）652 nm 处不同浓度 DOX 的吸光度；（G）652 nm 处吸光度与不同浓度 TET 的定标曲线；（H）652 nm 处吸光度与不同浓度 OTC 的定标曲线；（I）652 nm 处吸光度与不同浓度 DOX 的定标曲线。

3. 特异性与稳定性：探针仅对TCs响应，常见干扰物（如红霉素、氯霉素）无明显影响；30次平行实验的比色与SERS信号相对标准偏差（RSD）分别为1.78%和3.82%，且存储一个月后性能稳定。

图4（A）无四环素（TET）存在下不同干扰物质的特异性比色响应；（B）无四环素（TET）存在下不同干扰物质的特异性SERS响应；（C）有四环素（TET）存在下不同干扰物质的特异性比色响应；（D）有四环素（TET）存在下不同干扰物质的特异性SERS响应（ERY：红霉素，CHL：氯霉素，STR：链霉素，GEN：庆大霉素，SUL：磺胺二甲嘧啶）。

4. 实际应用：蜂蜜样品加标回收率为87.69%~120.49%，RSD低于14.1%，证实方法适用于复杂食品基质。

图5 比色法和SERS方法测定了蜂蜜样品中四环素类抗生素（TCs）的回收率(%)

结论与展望

本研究开发的Ag@NH₂-MIL-101(Al)-Ag双模式传感器，通过比色与SERS的协同验证，显著提升了检测结果的可靠性。其高灵敏度、快速响应和抗干扰能力，为食品中抗生素残留监测提供了高效工具。未来可进一步拓展至其他污染物（如农药、重金属）的检测，并通过优化探针制备工艺降低成本。此外，结合便携式拉曼设备，有望实现现场实时检测，推动食品安全与环境监测技术的智能化发展。

参考文献：

Qi J, Wan Y, Li J, Jiang G, Wang J, Ozaki Y, Pi F. A competitive dual-mode for tetracycline antibiotics sensing based on colorimetry and surface-enhanced Raman scattering. Biosens Bioelectron. 2025 Mar 15;272:117114. doi: 10.1016/j.bios.2024.117114. Epub 2024 Dec 30. PMID: 39752887.