流感病毒是全球公共卫生的重大威胁，其中甲型流感病毒（IAV）因高突变性导致多种亚型（如H5N1、H1N1）出现，其形态、尺寸和表面结构高度相似，难以区分。H5N1亚型病毒具有高致病性和跨物种传播风险，例如2022年西班牙水貂养殖场爆发事件警示其可能适应哺乳动物传播。当前主流检测方法包括病毒培养、PCR、ELISA和侧向流免疫层析等，虽各具优势，但存在显著局限：病毒培养耗时24-48小时；PCR需复杂设备和技术人员；ELISA试剂盒成本高昂（每检测17-59.8元）；侧向流法灵敏度低且无法区分亚型。这些方法在资源有限地区、现场检测或家庭自测场景中应用困难。分子印迹技术（MIP）模拟“锁钥”识别机制，通过模板分子（如病毒）引导功能单体聚合形成特异性空腔，具有成本低、稳定性高、易规模化合成等优点。然而，传统MIP传感器无法有效区分结构相似的病毒亚型，且多依赖单一信号输出（如荧光），缺乏多模态验证和可视化能力。为此，本研究旨在开发一种集成荧光、比色和紫外-可见吸收的多模态MIP传感器（方案一），结合便携式设计，实现H5N1的快速、低成本、自服务检测，为流感防控提供新策略。

方案1.便携式荧光多色MIPs传感器的结构原理和工艺示意图。

研究内容

图1.可行性探索

通过对比MIPs和非印迹聚合物（NIPs）对H5N1的响应，验证传感器可行性。荧光光谱显示，MIPs加入H5N1后荧光强度显著降低（△F变化明显），而NIPs仅因非特异性吸附产生微弱变化，证明印迹空腔对H5N1的特异性识别。紫外-可见光谱表明，K₃[Fe(CN)₆]在418nm有特征吸收，PB在700nm有吸收峰，二者混合后保留各自峰位，形成蓝绿色溶液，适用于多色比色。实际检测中，MIPs+H5N1样品颜色变为黄绿色，而NIPs样品颜色变化微弱，进一步确认传感器可靠性。这些结果奠定了多模态检测的基础。

图2.淬火机理的研究

为阐明QDs荧光淬灭机制，分析了H5N1存在下QDs的紫外-可见吸收和荧光发射光谱。吸收光谱未发生位移但强度略降，表明为动态淬灭而非静态淬灭。同时，H5N1的吸收峰（约290nm）与QDs发射峰（550nm）无重叠，排除荧光共振能量转移（FRET）机制。最终确定淬灭源于病毒表面氨基/羧基与MIPs之间的分子间电荷转移，这一机制保障了荧光信号变化的特异性和稳定性。

图3.颗粒的表征

扫描电镜（SEM）显示，Fe₃O₄颗粒呈规则球形，直径300-400nm；包覆QDs和硅壳后，Fe₃O₄@QDs尺寸增至400-500nm；MIPs和NIPs形貌相似，直径500-600nm；Fe³⁺@PDA颗粒均匀，直径300-400nm。红外光谱（FT-IR）证实各组分成功合成：Fe₃O₄在594cm⁻¹出现Fe-O键特征峰；QDs在1090cm⁻¹显示Si-O-Si键振动；MIPs在2920cm⁻¹和2850cm⁻¹出现-CH₂-振动峰。Zeta电位分析表明，Fe₃O₄@QDs电位为-18mV，MIPs因功能单体修饰升至+37mV，Fe³⁺@PDA~Apt因适配体修饰降至-35mV，这些变化验证了材料合成的成功性。

图4.检测限的确定

通过单变量实验优化关键参数：APTES用量80μL、TEOS用量100μL、反应时间10小时、洗脱剂为0.5%SDS、颗粒浓度1mg/mL、PBS缓冲液、pH7.4、病毒孵育时间60分钟、K₃[Fe(CN)₆]用量2.5μL。优化后传感器信噪比显著提升，为高灵敏度检测提供条件保障。

本研究成功开发了一种便携式多模态分子印迹传感器，实现了对H5N1病毒的高特异性、高灵敏度检测。传感器基于三明治结构，通过荧光淬灭、多色比色和紫外-可见吸收三种模式相互验证，检测限低至11.6fM，且成本仅0.28元。材料表征和条件优化确保了传感器的稳定性和重现性，实际样本检测回收率良好，抗干扰能力强。与现有技术相比，该传感器无需复杂设备，支持裸眼可视化读数，为流感病毒的现场自服务检测提供了创新解决方案。未来可扩展至其他病毒亚型检测，在公共卫生应急和家庭健康监测中具有广阔应用前景。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.148946