研究背景

食源性致病菌与抗生素残留是威胁全球公共卫生与食品安全的两大关键隐患。传统细菌培养法耗时费力，PCR、HPLC-MS 等技术依赖大型仪器、操作复杂，难以满足现场快速筛查需求。荧光传感因灵敏度高、响应快备受关注，但常规有机染料易光漂白、稳定性差，限制其在复杂基质中的应用。

发光金属有机框架（LMOF）兼具多孔结构与优良光学特性，成为荧光探针改良的重要方向。其中 UiO-66 骨架稳定性突出、孔径规整，适合封装荧光分子。团队以此为切入点，将聚集诱导发光材料 H₄TCPE 负载于 UiO-66，构建兼具高荧光强度与强环境耐受性的新型探针，并结合毫米级聚苯乙烯微球（mPS）与 CRISPR/Cas12a 系统，打造一体化快速检测平台。

研究内容

1.H@U 荧光探针的制备与表征

以 UiO-66 为载体，物理封装 H₄TCPE 得到 H@U 探针。通过荧光光谱、红外光谱、XRD、TEM 及元素分布等系统表征，验证封装成功；优化吸附时间、洗涤次数与混合方式，确定最优制备条件。

2. 探针稳定性评价

  系统考察 pH、盐离子、储存时间、温度对 H₄TCPE 与 H@U 荧光稳定性的影响，评估 UiO-66 骨架对荧光分子的保护作用。

3. H@U mPS 传感器用于抗生素检测

  采用竞争免疫策略，将 H@U 标记氯霉素抗体、mPS 偶联氯霉素‑BSA，建立氯霉素荧光检测方法，优化反应参数，验证特异性、回收率与实际样品适用性。

4. H@U-C mPS 传感器用于致病菌检测

  结合 CRISPR/Cas12a 反式切割活性，构建适配体识别-激活剂释放-Cas12a 激活-ssDNA 切割-荧光信号变化的级联通路，实现金黄色葡萄球菌定量检测，完成方法学验证与真实样本测试。

图1. 基于H@U的荧光生物传感器的构建。(A) H@U的制备。(B) 用于检测抗生素的H@U mPS生物传感器构建示意图。(C) 用于检测致病菌的H@U-C mPS生物传感器构建示意图。

图2. H@U的合成与表征。(A) H@U的制备示意图。(B) H@U的激发和发射荧光光谱。(C) H4TCPE和H@U的荧光强度比较。(D) H@U的荧光量子产率。(E) UiO-66和H@U的ζ电位。(F) UiO-66和H@U的FT-IR光谱。(G) UiO-66和H@U的XRD图谱。(H) UiO-66的明场TEM图像及元素映射。(I) H@U的明场TEM图像及元素映射。

研究结果

1.H@U 探针性能优异

  荧光强度较纯 H₄TCPE 提升6.90 倍，量子产率达24.02%；pH 3 条件下荧光强度变化仅 18.70%，80℃时仅下降 11.36%，储存 7 天仍保持 92.44% 荧光，抗干扰能力显著优于纯 H₄TCPE。

2. 抗生素检测灵敏度大幅提升

  H@U mPS 传感器20 分钟内完成氯霉素检测，线性范围 50.00 pg/mL–100.00 ng/mL，检出限33.52 pg/mL，灵敏度为 ELISA 的26.61 倍；在鸡蛋、鱼肉、牛奶中加标回收率 83.98%–125.15%，特异性强、抗干扰性好。

3. 致病菌检测超越传统 qPCR

  H@U‑C mPS 传感器对金黄色葡萄球菌线性范围10–10⁵ CFU/mL，检出限6.97 CFU/mL，线性下限较 qPCR 低两个数量级；在鸡蛋、猪肉、鸡肉中加标回收率 86.63%–126.21%，30 份真实样品检测结果与 qPCR 高度一致。

4. 实际样本验证可靠

  30 份食品真实样本测试中，两种传感器检测结果与 ELISA、HPLC-MS、qPCR 等标准方法高度吻合，具备实际应用潜力。

图3. H@U mPS生物传感器用于抗生素检测。(A) H@U mPS生物传感器检测氯霉素（CAP）的示意图。(B) H@U mPS生物传感器的原理验证。(C) H@U mPS生物传感器检测CAP的标准曲线和(D) 线性范围。(E) H@U mPS生物传感器的特异性验证。H@U mPS生物传感器在(F) 鸡蛋、(G) 鱼类和(H) 牛奶中的加入回收率。误差线表示三重重复（n=3）的平均值 ± 标准差，统计显著性由星号表示（ns, 无显著性；*p < 0.05；**p < 0.01；***p < 0.001；****p < 0.0001）。

图4. H@U-C mPS 生物传感器用于病原菌检测的开发。(A) mPS-ssDNA-H@U 的示意图。(B) 不同浓度 H@U-SA 下 mPS-ssDNA 的荧光强度。(C) 携带 Cas12a 的 mPS-ssDNA-H@U 示意图。(D) 不同浓度 Cas12a 在 crRNA、Activator 和 mPS-ssDNA-H@U 存在下的荧光强度。(E) H@U-C mPS 生物传感器检测金黄色葡萄球菌的标准曲线及(G) 线性范围。(G) H@U-C mPS 生物传感器的特异性验证。(H) 蛋类、(I) 猪肉及(J) 鸡肉中 H@U-C mPS 生物传感器的加标回收率。误差线表示三重复实验 (n = 3) 的平均值 ± 标准差，统计学显著性以星号表示 (ns, 不显著; *p < 0.05; **p < 0.01; ***p < 0.001; ****p < 0.0001)

图5. CAP实际样品分析。(A) H@U mPS、ELISA和HPLC-MS的性能比较。(B)和(C)使用这些方法检测鸡蛋和牛奶中的CAP。

图6. 金黄色葡萄球菌真实样品分析。(A) H@U-C mPS方法与qPCR方法的性能比较。(B) 在猪肉和(C)鸡肉中使用两种方法检测金黄色葡萄球菌。

技术优势

1.限域增强荧光，稳定性突破

UiO‑66 骨架限制分子内运动，抑制非辐射跃迁，大幅提升荧光强度与耐酸、耐热、耐盐、储存稳定性。

2.单微球一体化，操作极简

毫米级聚苯乙烯微球集固相载体、信号基底、反应容器于一体，可直接用移液枪操作，无需离心 / 磁分离，简化流程、降低设备依赖。

3.双平台适配，覆盖两类危害物

一套探针体系分别适配免疫竞争与 CRISPR 信号放大，同时实现小分子抗生素与致病菌核酸的高灵敏检测，通用性强。

4.快速超敏，现场筛查友好

抗生素检测最快 20 分钟，致病菌检测灵敏度远超 qPCR，适合基层与现场快速定量筛查。

结论与展望

本研究成功制备 H@U 荧光探针，构建 H@U mPS 与 H@U‑C mPS 两种单微球传感器，分别实现氯霉素与金黄色葡萄球菌的超灵敏、快速、稳定检测，为食品安全化学污染物与微生物监控提供全新技术方案。

该平台检测速度快、灵敏度高、操作简便、基质适用性强，可有效弥补传统方法耗时、复杂、成本高的短板。未来可进一步拓展至多种抗生素、致病菌及其他食品安全危害物的高通量阵列检测，结合微流控与自动化液体处理技术，实现大规模样本快速筛查，推动现场快速检测技术向便携化、智能化、高通量化升级，为食品安全监管与临床早期诊断提供有力支撑。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2026.118632