基于模板衍生化技术的合成方法，用于制备高度有序的纸质印迹芯片，从而提升磺胺二甲嘧啶的分析性能

《Food Chemistry》：Template derivatization-mediated synthesis of highly ordered paper-based imprinted chip for enhanced sulfadiazine analysis

磺胺嘧啶分子印迹聚合物（MIPs）通过模板衍生化结合硼酸亲和定向表面印染策略，构建了高有序的纸基MOF-MIP芯片（FP@B-MOF@MIP），显著提升了对SDZ的吸附容量（76.30 mg/g）和选择性（印迹因子5.6），并基于此开发了检测限为0.0048 mg/L的纸基颜色传感器，为食品中痕量抗生素检测提供新方法。

　　

王东辉|刘圆圆|李宁宁|刘伟|李阳|张一鸣

浙江农业与林业大学食品与健康学院，杭州311300，中国。

摘要

分子印迹聚合物（MIPs）由于其可定制的结合位点和功能，在食品污染物分析中取得了显著进展。然而，传统印迹方法制备的MIPs的分析性能受到不均匀结合腔的影响。本文首次提出了一种基于模板衍生化的定向表面印迹策略，用于构建基于纸张的金属有机框架（MOF）印迹芯片（FP@B-MOF@MIP），以增强磺胺嘧啶（SDZ）的分析能力。利用顺式二羟基衍生物SDZ（SDZ-CD）作为虚拟模板，通过硼酸亲和导向识别作用，实现了高度有序的印迹腔。FP@B-MOF@MIP表现出良好的吸附能力（76.30 mg g^?1）和选择性，SDZ的印迹因子为5.6。进一步基于FP@B-MOF@MIP构建了一种比色传感器，能够可视化检测食品样品中的微量SDZ，检测限低至0.0048 mg L^?1

引言

近年来，由于抗生素在医学、畜牧业和水产养殖中的广泛应用，抗生素残留问题已成为全球关注的焦点，因为它对生态系统和人类健康构成潜在威胁（Victor Lin等人，2025年）。磺胺嘧啶（SDZ）是一种磺胺类抗生素，在临床和兽医医学中因其强大的抑菌活性而被广泛使用（Yang, Liu等人，2025年）。SDZ通过与二氢叶酸合成酶的竞争性结合，干扰微生物中叶酸的合成，从而有效治疗弓形虫病、肠道感染和流行性脑膜炎等疾病（Focks等人，2010年）。由于其广谱治疗效应和低成本，SDZ的广泛使用导致其在各种环境中的持续积累，引发生态风险。此外，饮用水和食品中的微量SDZ可能对生命构成威胁（Sun等人，2022年）。因此，监测食品和环境中的微量SDZ至关重要。

已经开发了许多分析方法用于检测实际样品中的微量SDZ，例如色谱法（高效液相色谱法（Premarathne等人，2017年）、气相色谱-质谱法（Dou等人，2024年）和液相色谱-质谱法（Huang等人，2024年）、分光光度法（荧光检测（Yang等人，2022年）和拉曼分析（Ji等人，2023年）、电化学方法（Sanjay Kanna Sharma等人，2023年）、免疫测定法（酶联免疫吸附测定法（Wu等人，2023年）和胶体金免疫层析法（Wang等人，2022年）等。为了通过上述技术实现微量SDZ的高灵敏度检测，一个重要的前提是从复杂样品中高效分离和富集SDZ。因此，开发具有优异性能的选择性吸附材料至关重要。

分子印迹聚合物（MIPs）是一种仿生识别材料，可以通过三维识别腔特异性捕获目标化合物（Bahrani等人，2024年；BelBruno，2019年；Geng, Dong等人，2025年）。与生物受体相比，MIPs具有制备简单、成本低和稳定性好的优点（Geng, Wang等人，2025年）。因此，MIPs及其复合材料在食品安全和环境分析中展现出显著的应用潜力。目前，基于复合MIP的吸附剂或传感器主要用于检测SDZ或其他磺胺类药物，主要基于功能基材材料，如金属有机框架（MOFs）材料（Han等人，2022年；Mirzajani & Kha，2024年）、量子点（Mortari等人，2023年；Zhang等人，2023年）、氧化石墨烯（Maheshwaran等人，2022年）等。SDZ的有效检测主要利用了功能材料的良好光学或电学性质。基于MIP的传感器主要包括荧光传感器、电化学传感器和化学发光传感器。其中，MOF与MIP的结合受到了越来越多的关注（Geng等人，2024年）。MOF作为一种多孔框架材料，具有精确可控的纳米级孔结构。同时，MOF的功能化程度很高，可以构建大量的功能识别位点。此外，MOF具有相对稳定的刚性结构，有助于保持印迹腔的几何形状和排列。这些特性有利于化合物的识别和传感。然而，已开发的SDZ印迹材料存在印迹腔有序性差的问题。这种现象是由于印迹过程中模板分子的随机取向导致复杂的传质路径，降低了通道均匀性，并限制了有效识别腔的数量（Ren等人，2024年）。因此，这些因素对MIPs的分析性能产生了不利影响。通过模板的结构设计和空间取向，可以优化高效的印迹策略（Erd?ssy等人，2016年；Gomez-Arribas等人，2020年）。合理的模板可以提供与实际底物匹配的识别腔，模板分子的取向分布为MIPs提供了更有效的识别腔。因此，开发定向印迹材料有望提高SDZ的印迹效率和分析性能。

硼酸亲和导向的表面印迹技术已被应用于含顺式二羟基化合物的分析（Liu & He，2017年；Zhu等人，2018年），如糖类、核苷、糖蛋白和其他小分子目标。这种方法利用了硼酸亲和性和非共价相互作用的协同作用，显示出高效的印迹效果，提高了MIPs对底物的分析性能（Song等人，2022年）。与其他定向印迹策略相比，硼酸亲和导向的表面印迹方法可以在硼酸和顺式二羟基之间形成可逆的五元环酯。该技术能有效将模板分子固定在特定方向上，有利于定向印迹并增强亲和力。此外，可逆的硼酸酯比其他共价结合方法更容易结合和分离，从而提高分析效率。由于SDZ缺乏顺式二羟基，可以通过衍生化合理设计虚拟模板。引入硼酸亲和辅助的印迹策略可以为印迹和再识别过程提供更有序和有效的识别腔，进一步提高仿生识别技术在SDZ分析中的性能。

在本研究中，首次开发了一种基于模板衍生化的定向表面印迹策略，用于制备高度有序的基于纸张的印迹芯片（FP@B-MOF@MIP），以高效分析SDZ。为了给SDZ引入顺式二羟基，通过经典的Schiff碱反应将2,3-二羟基苯甲醛引入SDZ的分子骨架中，形成虚拟模板（SDZ-CD）。通过硼酸酯键将SDZ-CD固定在硼酸功能化的MOF修饰的纸基表面上后，通过自由基聚合反应制备了FP@B-MOF@MIP。在此过程中，使用对苯乙烯磺酸钠盐（SSS）作为功能单体，SDZ-CD作为虚拟模板，乙烯二甲基丙烯酸酯（EGDMA）作为交联剂。FP@B-MOF@MIP对复杂样品中的微量SDZ表现出优异的选择性富集性能。同时，通过比色法实现了SDZ的快速、灵敏和可视化检测。

部分摘录

化学品和材料

磺胺嘧啶（SDZ）、土霉素二水合物（OTC）、对苯乙烯磺酸钠盐（SSS）、3,5-二羧基苯硼酸（DCBA）、三聚酸（H₃BTC）、2,3-二羟基苯甲醛、4-乙烯基吡啶（4-Vpy）和乙烯基咪唑（VIM）购自Aladdin有限公司（上海，中国）。聚（对苯乙烯磺酸钠）（PSS）、磺胺二甲氧嘧啶（SDM）、磺胺苯胺（SB）、磺胺甲噁唑（SMZ）、磺胺甲噁唑吡啶（SMP）、氧氟沙星（OFX）、代森锰锌（CBZ）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）

SDZ-CD的合成与表征

为了引入硼酸亲和作用，SDZ的氨基与2,3-二羟基苯甲醛通过经典的Schiff碱反应反应，形成含有儿茶酚基的新虚拟模板SDZ-CD（图1A）。SDZ-CD的结构通过¹H NMR、¹³C NMR和HRMS（图S2-S4）进行了确认。在中性环境中，在BN相互作用的帮助下，含有儿茶酚的SDZ-CD能够与苯硼酸基团形成硼酸酯键（Yuan等人，2015年）。

结论

总之，通过一种新颖的基于模板衍生化的定向表面印迹策略成功制备了基于纸张的印迹芯片（FP@B-MOF@MIP），并对其对微量SDZ的识别性能进行了测试。由于通过硼酸亲和作用实现了虚拟模板SDZ-CD的定向固定，含有高度有序MIP的芯片表现出良好的富集能力和对SDZ的高选择性。同时，还开发了一种基于FP@B-MOF@MIP的基于纸张的比色传感器。

CRediT作者贡献声明

王东辉：撰写——原始草案、方法学、资金获取、数据管理、概念构思。刘圆圆：可视化、研究、正式分析、数据管理。李宁宁：研究、正式分析。刘伟：可视化、研究。李阳：可视化、研究。张一鸣：撰写——审稿与编辑、监督、资金获取、概念构思。

未引用的参考文献

Yang等人，2025年

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号：22406171）、浙江省重点研发计划（编号：2023C02039）和浙江农业与林业大学科研发展基金人才启动项目（编号：2022LFR131）的支持。