多菌灵（CBZ）作为广谱苯并咪唑类内吸性杀菌剂，广泛用于果蔬、农作物和药材，但其化学结构稳定、不易降解，过度使用会在环境和食品中残留，对哺乳动物具有细胞毒性、胚胎毒性和生殖毒性，可导致内分泌紊乱、致畸、生殖细胞凋亡和肝功能障碍等问题。欧盟规定其最大允许限量为0.1μg/L，中国、日本、英国等对不同食品中CBZ的最大残留限量也有明确规定，美国环保署将其列为C类致癌物，因此开发可靠高效的CBZ检测方法至关重要。

现有检测技术如液相色谱-串联质谱（LP-MS）和气相色谱（GC）虽能监测CBZ残留水平，但存在样品预处理复杂、仪器昂贵、检测耗时等局限性，尤其不适合大规模筛查和现场实时检测。基于电化学、荧光、光电化学等的传感平台虽已开发，但传统单模传感易受背景信号干扰，适应性不足。双模生物传感器将两种信号模式集中于同一传感器，可弥补单模传感固有缺陷，实现优势互补和检测结果自校准，更准确可靠。

碳点（CDs）作为新型荧光探针，具有光稳定性好、抗光漂白、荧光寿命长、毒性低和生物相容性好等优点，广泛应用于生物传感领域。磁性纳米颗粒可从复杂基质中快速分离富集样品，减少其他成分干扰，常用于生物医学成像和磁分离。将CDs与磁性纳米颗粒结合形成多功能磁荧光纳米材料在检测应用中潜力巨大，但确保复合材料同时具有荧光和磁效应具有挑战性，因磁性聚集会淬灭荧光。本文合成的M-CDs解决了这一问题，为构建双模传感系统提供了理想材料。

方案1.(A) M-CDs的合成。(B)基于双功能化磁碳点M-CDs的双模传感结构的构建。

研究内容

图1.M-CD的表征

通过多种手段对M-CDs的形貌和结构进行表征。TEM显示M-CDs呈近球形，粒径1-6nm，平均约3.07nm，分散均匀，晶格条纹间距对应Fe₃O₄的（311）晶面和CDs的（002）晶面，证实其高结晶性。XRD衍射峰与Fe₃O₄的晶面一致，进一步验证其结构。EDS显示M-CDs主要由C、N、O和Fe元素组成，且元素均匀分散。

图2.表征

FT-IR和XPS分析表明M-CDs表面含有-COOH、-NH₂等官能团，Fe以Fe₃O₄形式存在。VSM分析显示M-CDs在室温下具有高磁强度。UV-vis光谱显示其在240nm和353nm处有特征吸收峰，荧光光谱表明其最佳激发波长为360nm，发射波长为440nm，且具有优异的光稳定性、耐温性、pH和盐稳定性。

图3.双模生物传感器的可行性分析

为研究基于双功能磁荧光碳点M-CDs的双模传感检测CBZ的可行性，对传感器在逐步缺失修饰条件下的电信号强度和荧光强度进行检测对比。结果显示，全修饰实验组（曲线d）在+0.47V电位处有电化学信号，440nm波长处有强荧光信号峰；无CBZ时（曲线c），电化学信号无减弱趋势，荧光信号不明显；依次缺失Apt-DNA1（曲线a）和M-CDs（曲线b）时，无电化学或荧光信号，表明传感器检测CBZ可行。

图4.双模生物传感器的条件优化

为提高传感器对CBZ的检测性能，对传感器构建过程中的重要参数条件进行优化。M-CDs修饰量影响传感器荧光信号效果，当M-CDs体积为10μL时，荧光强度达最大值且电化学信号波动小，故10μL为最佳反应体积；M-CDs孵育时间为70min时，荧光强度达最大且电化学信号受影响小，确定70min为最佳反应时间。

图5.双模传感器检测性能分析

在最佳条件下评估传感器检测性能，研究其在不同CBZ浓度水平下的双信号响应能力。结果表明，随着CBZ浓度升高，峰值电流显著减小，荧光信号强度相应增强。电化学模式下，CBZ浓度在10fg/mL至300ng/mL范围内，电流强度与CBZ浓度对数呈强线性关系，线性回归方程为I(μA)=-0.09922lgCCBZ+0.63622（R²=0.997），检测限（LOD）为1.4fg/mL（S/N=3）；荧光模式下，CBZ浓度在60fg/mL至100ng/mL范围内，荧光强度与CBZ浓度对数呈显著线性相关，线性回归方程为F=14,951.62lgCCBZ+89,735.35（R²=0.998），LOD为2.3fg/mL（S/N=3）。

图6.选择性、稳定性和可重复性

在最佳条件下，以空白组、2-氨基苯并咪唑（ABZ）、噻菌灵（TBZ）、毒死蜱（CPF）和甲基硫菌灵（TPM）为干扰因素，考察传感器对CBZ检测的特异性。结果显示，空白组和其他农药对传感器电流强度影响小，荧光信号弱，而CBZ峰值电流显著降低，荧光信号明显强于干扰组，表明传感器对CBZ具有良好选择性。

 本研究成功构建了基于M-CDs的双模传感系统用于CBZ的灵敏检测。M-CDs独特结构保留了Fe₃O₄的磁性和CDs的荧光特性，可从复杂样品中高效分离，减少干扰。该传感器中DNA1兼具M-CDs和Fc双修饰，具有良好的荧光和电化学性能。电化学传感系统线性范围为10fg/mL-300ng/mL，LOD为1.4fg/mL；荧光传感系统线性范围为60fg/mL-100ng/mL，LOD为2.3fg/mL。该策略有助于实现复杂基质和实际样品中CBZ的快速高灵敏检测，为CBZ检测提供了新方法，具有良好的应用前景。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.141494