研究背景 

四环素（TC）作为一种广谱抗生素，广泛应用于畜牧业细菌感染的防治，其使用不当造成的药物残留已形成多维度的食品安全威胁。TC残留通过食物链（如乳制品、鸡蛋）和环境介质（如自来水、河流）在人体内积累，造成健康风险。目前主流的检测技术（微生物学方法、免疫测定、色谱-质谱）普遍存在局限性：样品预处理复杂、设备昂贵且笨重、依赖实验室条件以及难以满足实时监测需求。因此，开发具有快速响应、高灵敏度、现场检测特性的新型检测技术已成为保障食品安全和生态环境的迫切需求。

近年来，开发了一系列用于TC检测的比色、荧光和电化学传感器。其中，比色传感器因其作简便、结果直观、响应快、检测效率高等特点而成为研究热点。研究表明，基于TC在贵金属或Fe₃O₄表面活性位点的特异性吸附，可以建立比色测定平台通过电子相互作用的物理/化学吸附显着增强材料的过氧化物酶模拟活性。材料表面活性位点的密度和可及性直接影响传感器灵敏度，为超灵敏传感器的构建提供了关键的设计思路。值得注意的是，多孔材料凭借其独特的空间域限制效应和丰富的吸附位点，在复杂基质中表现出优异的TC富集能力，这对于增强传感器的选择性和抗干扰性具有重要意义。因此，开发兼具高效富集功能和精确识别能力的多功能复合材料将是实现现场快速TC检测和同步提取的关键突破口。

高熵材料具有多元素协同、高稳定性和可调活性，为在酶催化中超越传统催化剂性能提供了一种新途径。本研究基于高熵金属有机骨架（HE-MOF）材料的独特性能，针对食品和水环境中TC检测的需求，创新性地开发了一体化快速检测平台。

研究原理 

本研究基于高熵金属有机框架（HE-MOF） 的独特性质，构建了一种集提取、富集、检测于一体的智能传感平台（scheme1）：

1. HE-MOF的构建： 

采用水热法合成由Fe、Co、Ni、Cu、Mn五种金属元素与氨基对苯二甲酸（NH₂BDC）配位形成的高熵MOF。其具有高比表面积（1207 m²/g）、均匀微孔结构和多金属协同效应，提供了丰富的TC结合位点和催化活性中心。

2. 催化机制： 

HEMOF具有类过氧化物酶（PODlike）活性，可催化H₂O₂氧化TMB（3,3′,5,5′四甲基联苯胺）生成蓝色产物oxTMB，在652 nm处有特征吸收峰。

3. TC增强效应： 

TC分子中的OH与HEMOF表面的NH₂和COOH形成氢键网络，促进电子转移，显著增强HEMOF的催化活性，从而实现TC的高灵敏度检测。

4. 便携式检测膜： 

将HEMOF与TMB共固定于纤维素醋酸（CA）膜中，通过非溶剂诱导相分离技术制成复合膜，可实现TC的可视化半定量检测，配合智能手机灰度分析，适用于现场快速筛查。

Scheme1 HE-MOF的合成、TC的高效提取和TC比色传感示意图

研究结果

1. HEMOF的结构与表征 

通过SEM、TEM、XRD、BET等手段证实HEMOF具有均匀的八面体结构（平均粒径246 nm）、高比表面积和多金属均匀分布（图1）。

图1：HEMOF的表征

2. 类酶活性与催化动力学 

HEMOF在pH=4、30°C条件下表现出最优的PODlike活性（图2）。其Michaelis常数（Kₘ）远低于多数已报道的纳米酶，表明对底物（TMB和H₂O₂）具有极高亲和力（图3）。

图2：HEMOF的催化活性优化

图3：催化动力学与Kₘ比较

3. TC增强催化活性的机制 

通过荧光光谱、UVvis、FTIR、Zeta电位、ESR等证实： 

- TC与HEMOF通过氢键和静电作用紧密结合； 

- TC促进HEMOF产生活性氧（·OH），增强催化反应； 

二者形成主客体复合结构，显著提升检测灵敏度（图4）。

图4：TC与HEMOF的相互作用机制

4. 比色传感器的性能 

在50–1000 nM范围内，吸光度与TC浓度呈良好线性关系（R² = 0.9986），检测限为10.26 nM（图5a–c）。对多种干扰物（如其他抗生素、离子、生物分子）表现出高选择性（图5d）。

图5：TC检测性能与选择性

5. 实际样品检测与回收率 

在牛奶、鸡蛋、自来水、河水中进行加标回收实验，回收率在92.5%–105.2%之间，RSD < 4.21%，与HPLC方法结果一致（图6），表明该方法具有良好的准确性与可靠性。

图6：实际样品中的回收率比较

6. 便携式复合膜的构建与应用 

CA/TMB/HEMOF复合膜具有良好的成膜性、均匀性和稳定性，可在1 μM TC条件下显色，通过智能手机灰度分析实现半定量检测（图7）。膜可重复使用至少6次，无明显性能损失。

图7：CA复合膜的制备与性能

总结及展望 

在这项工作中，基于HE-MOF优异的过氧化物酶样活性，开发了一种用于TC检测的比色传感器。HE-MOF由于其较大的比表面积和微孔结构，表现出优异的TC吸附性能，表面氨基/羧基与TC羟基之间的氢键不仅增强了吸附，而且促进了电子转移，从而提高了酶活性和抗干扰能力。该传感器在 50–1000 nM 范围内表现出良好的线性度，检测限为 10.26 nM （S/N = 3）。在实际样品检测中，固相萃取预处理结合HE-MOF的回收率为92.5–105.2%，与HPLC方法吻合较好。采用非溶剂诱导相分离法制备了CA/TMB/HE-MOF复合膜，并结合智能手机灰度分析。本研究创新性地将提取和检测功能集成到MOF材料中，同时构建了用于TC定性筛查和半定量分析的便携式比色平台，为食品和环境领域利用比色传感器进行现场快速检测提供了新思路。

原文链接：10.1016/j.foodchem.2025.146148