食源性病原菌对公共健康和食品安全构成严重威胁，传统灭菌方法（如高温、抗生素）存在效率低、易残留等问题，而单一的检测技术（如PCR、ELISA）难以满足现场快速分析需求。因此，开发兼具高效灭菌与灵敏检测功能的双功能平台至关重要。共价有机框架（COF）因高孔隙率、大比表面积和可调控的光催化性能，成为理想载体材料。铜酞菁基COF（CuPc-COF）兼具光热转换与光动力产生活性氧（ROS）的能力，但其催化效率和稳定性仍需提升。银纳米颗粒（AgNPs）虽有广谱抗菌性，却易团聚导致活性下降。

本研究受COF与单原子催化协同作用的启发，将Cu-N₄单原子位点引入CuPc-COF骨架，并负载AgNPs，构建了CuPc-Dha-COF@AgNPs异质结。该设计利用Cu-N₄的高催化活性和AgNPs的抗菌离子释放特性，结合COF的光响应能力，实现“灭菌-检测”一体化：近红外光（NIR）照射下，材料通过光热效应、ROS生成及Ag⁺离子释放协同灭菌，同时利用Cu-N₄的类酶活性和光电化学特性检测细菌代谢物GSH，为环境与食品中的病原菌防控提供了新策略。

方案1.二维D-A共轭CuPc-Dha-COF@AgNPs异质结的合成及其作为高效抗菌和检测细菌代谢谷胱甘肽双功能生物平台的应用示意图。

研究内容

图1.材料合成与结构表征

通过溶剂热法合成CuPc-Dha-COF，再负载AgNPs得到CuPc-Dha-COF@AgNPs，其具有A-A堆叠的二维层状结构，AgNPs均匀分散于COF孔道中，粒径约20-30nm。

图2.CuPc-Dha-COF@AgNPs异质结的化学成分和纳米结构

X射线衍射（PXRD）和高分辨透射电镜（HR-TEM）证实COF的结晶性和Cu-N₄单原子位点的存在，X射线光电子能谱（XPS）显示Ag与COF间存在电子转移。

图3.CuPc-Dha-COF@AgNPs的光学、光电和电化学性能

图4.CuPc-Dha-COF@AgNPs光热性能评价及CuPc-Dha-COF@AgNPs中Ag+和Cu2+的释放行为评价

在808nmNIR光下，CuPc-Dha-COF@AgNPs光热转换效率达65.9%，10分钟升温至57.5℃。其催化产生O₂⁻、OH和¹O₂，H₂O₂生成速率达1094.37mmolh⁻¹g⁻¹，高于单一CuPc-COF或CuPc-TA。AgNPs增强光生载流子分离，促进ROS生成及光热效应。

图5.CuPc-Dha-COF@AgNPs抗菌性能的评价

光热（59.1℃）、ROS 氧化及 Ag⁺释放（2.19 μg/mL）协同作用下，200 μg/mL 的 CuPc-Dha-COF@AgNPs 在 24 小时内对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌灭菌率达 100%。荧光染色及扫描电镜显示细菌膜破裂，验证灭菌效果。AgNPs 含量与抗菌活性正相关，NIR 光促进 Ag⁺释放及 ROS 生成。

图6.细菌细胞中GSH的检测

检测GSH的线性范围为1.0pM-1.0nM，检测限低至99fM，优于多数已报道方法，归因于Cu-N₄的类酶活性和AgNPs的表面等离子体共振效应。在面包、牛奶等样品中回收率达94.75%-108.6%，抗干扰能力强，可直接检测细菌代谢的GSH。

 本研究成功构建了CuPc-Dha-COF@AgNPs双功能平台，实现了病原菌的高效灭菌与GSH的超灵敏检测。材料通过光热-光动力-离子释放协同灭菌，同时利用光电化学技术检测细菌代谢物，为食品安全与环境监测提供了兼具实用性和创新性的解决方案。未来可进一步优化COF孔道结构，拓展至多种病原菌的同步防控，并结合便携式设备实现现场检测。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.153139