基于Eu-DES@水凝胶的智能手机辅助比率荧光传感平台，用于牛奶和蜂蜜中左氧氟沙星的视觉定量检测

《Microchemical Journal》：Smartphone-assisted ratiometric fluorescence sensing platform based on Eu-DES@hydrogel for visual quantitative detection of levofloxacin in milk and honey

基于铕离子和深共熔溶剂的Eu-DES荧光传感器实现了左氧氟沙星的高灵敏可见检测，线性范围0.5-100 μM，检测限86.50 nM。通过凝胶固定和智能手机RGB分析，成功实现蜂蜜和牛奶中LEV的定量检测，回收率92.7%-106.4%。

　　

Jinli Lin|Xueying Wu|Fangkai Du|Lirong Jiang

国家民族事务委员会森林产品化学与工程重点实验室；广西壮族自治区森林产品化学与工程重点实验室；广西民族大学光电化学/生物传感与分子识别重点实验室，南宁530006，中国

摘要

氟喹诺酮类抗生素残留物的存在对食品安全和人类健康构成了重大威胁。因此，需要开发快速可视化检测方法来识别食品中的这些残留物。本研究构建了一种基于铕和深共晶溶剂复合物（Eu-DES）的自校准比率荧光传感器，用于灵敏地检测左氧氟沙星（LEV）。在室温下将Eu³⁺与DES（草酸：氯化胆碱 = 1:1）配体混合后，Eu-DES体系成功产生了623 nm处的稳定红色荧光。加入LEV后，Eu-DES诱导LEV的荧光发生红移，从而实现了对LEV的自校准比率荧光响应，具有宽线性范围（0.5–100 μM）和低检测限（86.50 nM，信噪比 = 3）。此外，将Eu-DES整合到凝胶基质中，并结合智能手机辅助的RGB颜色分析，可以通过从红色到绿色的多色变化实现LEV的定量检测。该方法成功应用于蜂蜜和牛奶中的LEV检测，具有高灵敏度和良好的回收率（92.7%–106.4%）。本研究开发的基于Eu-DES的检测平台为实际食品样品中的LEV检测提供了强大的工具，有望推进食品安全检测技术的发展。

引言

左氧氟沙星（LEV）是一种第三代氟喹诺酮类抗生素，可抑制细菌DNA合成，从而防止细菌生长和繁殖[1]。它用于治疗呼吸道、泌尿生殖系统、皮肤和软组织等部位的细菌感染[2]。然而，LEV的滥用导致水环境和动物源性食品中的残留问题日益严重。这些残留物破坏了动物体内的微生物平衡，增加了“超级细菌”出现的风险，还可能对人体神经系统和生殖系统造成损害。它们具有潜在的致畸性和致癌性风险，对人类健康构成严重威胁[3]，[4]。因此，建立快速准确的LEV检测方法对于确保食品安全和公共卫生至关重要。

目前，存在多种LEV检测分析技术，包括高效液相色谱[5]，[6]，化学发光[7]，[8]，[9]，酶联免疫吸附测定[10]，毛细管电泳[11]，[12]和表面增强拉曼散射[13]。然而，高成本、耗时的样品预处理和昂贵的仪器等限制因素阻碍了环境和食品安全应用的快速现场检测。因此，开发具有高选择性和灵敏度的新型LEV快速检测方法至关重要。相比之下，荧光检测因其低成本、高灵敏度和快速响应而受到广泛关注[14]，[15]，[16]。研究人员已经建立了结合合成有机染料的LEV荧光检测平台[17]，量子点（例如，石墨烯量子点[18]，N掺杂碳量子点[19]，γ-C?N?纳米片[20]和上转换纳米颗粒[21]）。尽管这些传感材料在检测特定抗生素方面已被证明有效，但其在选择性和重复性方面仍有改进空间[22]。

镧系元素具有独特的光物理性质，如长波长发射、尖锐的线状光谱和相对较长的寿命，在荧光检测[23]，[24]，[25]，[26]，生物成像[27]和光电子学[28]等领域具有显著的应用价值。由于这些优异的性质，许多研究人员基于镧系金属离子铕（Eu³⁺）开发了荧光探针用于分析传感研究[29]，[30]，[31]。例如，Mohammed Ameen等人系统总结了纳米晶体-金属有机框架复合材料的制备、增强效果和多学科分析应用。他们专注于开发基于镧系的双配体金属有机框架荧光探针，实现了对叶酸和双氯芬酸的高灵敏度检测[32]，[33]，[34]。然而，基于Eu的传感策略通常依赖于单一荧光强度作为检测信号，这容易受到激发强度、发射信号收集效率、样品大小和探针浓度变化的影响。相比之下，比率型荧光探针记录了两种发色团（识别发色团和参考发色团）对目标分析物的荧光强度信号，从而显著减轻了外部干扰因素[35]，[36]，[37]。最近，一些基于Eu的比率荧光探针被报道用于检测LEV[38]，[39]。然而，需要注意的是，目前最广泛使用的基于铕的探针（铕金属有机框架，Eu-MOF）的合成通常需要长时间暴露在高温高压环境中。这种情况给探针合成工作带来了明显的挑战和不便，因此迫切需要开发替代方法以实现基于铕的比率荧光探针的快速低温制备。

同时，深共晶溶剂（DES）因其生物相容性、高反应性和低成本而受到广泛关注，符合绿色化学的原则。它们通常通过氢键受体（HBA）和氢键供体（HBD）之间的简单共晶形成合成。DES在萃取剂、电解质、催化剂和溶剂等方面有广泛应用[40]。然而，在荧光检测领域，DES主要用作作为荧光探针材料的碳点的溶剂[41]。一些研究人员尝试将DES作为荧光成分和有机配体结合来构建荧光探针，取得了显著进展[42]。据我们所知，尚未报道基于DES和Eu³⁺的比率荧光探针。

由于人眼对颜色变化比亮度变化更敏感，且这一特性与比例荧光传感器的颜色转换特性一致，而肉眼难以准确捕捉细微的颜色变化，基于智能手机的分析平台成为理想的现场检测工具。利用其便携性和实用性，这些系统在化学和生物传感中得到了广泛应用。通过集成检测、数据处理和显示功能，它们简化了仪器设计。通过使用智能手机摄像头捕捉探针和目标物质之间的荧光颜色变化图像，系统将RGB特征值与目标浓度相关联，实现视觉定量检测。例如，Mohammed Ameen的团队相继合成了由蓝色碳点封装在红色发射的双配体Eu基金属有机框架（BiL-Eu-MOF）中的比率荧光探针、蓝色荧光铝基金属有机框架FMIL-96以及新型双态红色发射锌基金属有机框架UoZ-7。利用智能手机RGB识别技术，这些材料能够精确检测水体、牛奶和药物制剂中的四环素（TC），以及水中的银离子（Ag⁺）和血清中的半胱氨酸（Cys）[43]，[44]，[45]。

本文通过结合DES和Eu³⁺构建了一个智能手机辅助的比率荧光传感可视化平台，用于LEV的可视化和定量检测。如图1所示，只需在室温下简单混合Eu³⁺盐和深共晶溶剂（DES），即可成功形成Eu-DES复合材料，该复合材料表现出Eu³⁺离子的强烈红色荧光。在LEV存在下，LEV的特征发射从475 nm红移至532 nm，产生绿色荧光。LEV在532 nm处的荧光强度显著增加，而Eu³⁺在623 nm处的荧光几乎不变。正如预期的那样，可以通过使用I₅₃₂/I₆₂₃的荧光强度比的变化来实现LEV的比率检测。更重要的是，通过将Eu-DES固定在水凝胶基质上，实现了基于智能手机的红-绿-蓝（RGB）分析的多色LEV检测。此外，本研究还提供了用于量化并可视化食品中LEV残留物的Eu-DES复合材料和固定化水凝胶。

化学物质和材料

六水合硝酸铕(III)（Eu(NO₃)₃·6H₂O）、氯化胆碱（ChCl）、环丙沙星（CIP）、氟罗沙星（FLE）、恩诺沙星（ENR）、培氟沙星（PFL）、一水合硝酸汞（Hg(NO₃)₂·H₂O）、氯化锌（ZnCl₂、l-抗坏血酸（AA）、四环素（TC）和左氧氟沙星（LEV，98%）购自Macklin Biochemical Co., Ltd.（上海，中国）。草酸（OA）、诺氟沙星（NOR）、恩诺沙星（ENO）、葡萄糖（Glu）、氯化钡（BaCl₂）、六水合三氯化铬（CrCl₃·6H₂），

DES和Eu-DES的表征

DES和Eu-DES是通过机械化学方法合成的。为了研究草酸（OA）和氯化胆碱（ChCl）在DES形成过程中的作用机制以及六水合硝酸铕溶解在DES时的分子间相互作用，实验中使用了FT-IR进行分析。如图S1A所示，纯ChCl中的-OH伸缩振动在3220 cm^?1处呈现为一个峰，表明分子间相互作用主要由弱氢键控制

结论

本研究成功建立了一种基于镧系离子和深共晶溶剂的自校准比率荧光传感系统，实现了对左氧氟沙星的高效检测。该传感系统是通过将Eu³⁺与DES物理混合构建的。开发的Eu-DES荧光传感器表现出高灵敏度，检测限低至86.50 nmol/L，并具有优异的选择性和抗干扰能力。此外，通过将Eu-DES与聚乙烯

CRediT作者贡献声明

Jinli Lin：撰写——原始草案，验证。Xueying Wu：正式分析，数据管理。Fangkai Du：撰写——审阅与编辑，方法学，研究，概念化。Lirong Jiang：撰写——审阅与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（编号：62465004）、广西民族大学科学研究基金（编号：2023MDKJ004）、广西民族大学香西胡青年学者创新研究团队（2023GXUNXSHQN01）以及广西大学千名骨干青年教师培训计划的支持。