《Food Chemistry》：Dual-signal cross-validation via ECL quenching and DPV oxidation on a MIP sensor: ultrasensitive detection of sulfadiazine in complex food matrices with a CD-COF core
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高效检测磺胺二嗪的分子印迹聚合物-ECL/DPV双模式传感器研究，采用碳点共价有机框架（CD-COF）作为高灵敏ECL发光基体，结合分子印迹聚合物（MIP）的特异性识别，实现SDZ的0.28 nM（ECL）和1.6 nM（DPV）超低检测限，并通过双信号互证消除复杂基质干扰，在动物源性食品中验证回收率91-110%。
Xuran Zhang | Rongxian Ma | Zhili Li | Jing Cao | Haoqi Ma | Yeyu Wu | Xuecai Tan | Kejing Huang
广西民族大学化学与化学工程学院；广西壮族自治区教育厅光电化学/生物传感与分子识别实验室；广西大学森林生物质低碳高效利用工程研究中心；广西森林产品化学与工程重点实验室；国家民族事务委员会森林产品化学与工程重点实验室，南宁530006，中国
摘要
磺胺二甲嘧啶（SDZ）的过度使用由于在食品和生态系统中的有毒残留物而带来显著的健康风险。本研究介绍了一种新型分子印迹聚合物（MIP）传感器，该传感器以基于碳点的共价有机框架（CD-COF）为核心，作为高性能电化学发光（ECL）发射体。当SDZ重新结合到印迹位点时，传感器利用SDZ的固有氧化还原活性实现差分脉冲伏安法（DPV）检测与ECL淬灭的结合。这种双信号输出机制本身具有交叉验证功能，能够有效校正环境干扰。该传感器对SDZ的检测灵敏度极高，检测限分别为0.28 nM（ECL）和1.6 nM（DPV）。在食品基质中的验证实验显示了出色的准确性和可靠性，回收率达到91–110%。这项研究不仅为痕量SDZ监测提供了一种可靠的工具，还为基于CD-COF的MIP传感器整合双模式信号以进行实际样品中高可靠性污染物分析建立了新的范例。
引言
磺胺二甲嘧啶（SDZ）是一种广泛使用的磺胺类抗生素，由于其强大的治疗效果和成本效益，在畜牧业和人类细菌感染治疗中得到了广泛应用（Gao等人，2024年）。然而，SDZ的不当排放和过度使用引发了严重的环境和健康问题，因为其残留物即使在微量水平下也会持续存在于食物链和生态系统中。SDZ残留物引起的慢性毒性、肝毒性、遗传疾病和过敏反应对人类健康、牲畜和水生生物构成严重威胁（Akhter等人，2024年；Hu等人，2023年；Yao等人，2024年）。值得注意的是，由于生物基质的复杂性和痕量分析的严格要求，检测动物源性食品（如牛奶和肉类）中的SDZ仍然具有挑战性。因此，实现动物源性食品和饲料中SDZ残留物的可靠检测显得极为迫切。分子印迹聚合物（MIP）技术凭借其特定的分子腔结构具有高选择性，为解决这一挑战提供了有效方案（Nocerino等人，2024年）。本研究设计的MIP膜对SDZ具有特异性识别能力，能有效抵抗复杂基质成分的干扰。因此，它满足了复杂样品中痕量污染物分析的严格要求，是一种非常有前景且理想的分析方法。
电分析技术由于其固有的优势（包括便携性、成本效益、快速分析和高灵敏度）在污染物监测中受到了广泛关注（Chen等人，2024年；Qi等人，2023年）。循环伏安法（CV）、差分脉冲伏安法（DPV）和方波伏安法（SWV）等方法是检测磺胺二甲嘧啶（SDZ）的常用方法（Khalid Ait Ben等人，2023年）。然而，虽然单模式电化学方法具有高灵敏度，但它们依赖于单一信号输出，这引入了关键限制，如易受环境干扰、操作者/仪器变异性以及非标准化协议，最终影响分析准确性（Qi等人，2024年；Tao等人，2025年）。为了解决这些问题，结合了互补检测机制（如荧光（FL）和ECL、ECL-比色法、荧光（FL）和电化学（EC）双模式）的双模式传感平台应运而生（Cheng等人，2024年；Jia等人，2025年；Shi等人，2025年；Wang, He等人，2025年；Yang等人，2025年）。其中，ECL因其对散射光和激发光干扰的免疫性而脱颖而出，能够实现精确的信号采集。通过交叉参考双信号（例如ECL和DPV），这些平台能够校正基质效应，减少假阳性/假阴性，并提高可靠性（Dasgupta等人，2024年；Fan等人，2023年；Liu等人，2024年）。尽管电分析方法在SDZ检测中很普遍，但基于ECL的双模式传感器仍较少被探索。本研究通过将ECL与DPV结合，建立了一种自我验证的传感策略，利用SDZ的氧化还原活性和基于碳点的共价有机框架（CD-COFs）的发光特性进行交叉验证定量。
CD-COFs因其独特的结构和电子特性而成为一类有前景的ECL活性材料（Li等人，2021年；Shi等人，2023年）。与传统发光体不同，CD-COFs结合了共价有机框架（COFs）的高孔隙率和有序通道以及碳点（CDs）的可调谐发光性和优异的电子转移能力。这种混合架构不仅通过促进快速电荷转移提高了ECL效率，还为固定分子印迹聚合物（MIP）等识别元件提供了稳定的基质（Ma等人，2023年）。将CD-COFs整合到传感器设计中，解决了传统ECL发射体的关键限制，如聚集引起的淬灭和较差的环境稳定性。利用这些优势，CD-COFs显著提高了传感器的灵敏度、重现性和抗基质干扰能力，使其成为复杂样品中痕量污染物检测的理想选择（Li等人，2025年）。
这项创新的核心是将MIP作为识别元件进行整合。MIP是通过功能单体（如吡咯）和交联剂在模板分子（如SDZ）周围共聚合合成的，在去除模板后形成对目标分析物具有高亲和力的腔体，这种亲和力通过非共价相互作用（如氢键、范德华力）实现（Neng等人，2023年；Wang, Wang等人，2025年）。MIP的成本效益、稳定性和对复杂基质的适应性使其优于抗体或适配体，适用于小分子检测（Ramanavicius & Ramanavicius，2022年）。
在本研究中，通过将MIP与CD-COFs结合，开发了一种用于超灵敏和交叉验证SDZ检测的ECL-DPV双模式传感器。CD-COFs具有可调谐的发光性、高孔隙率和强大的电子转移能力，被选为ECL发射体。它们的混合架构结合了COFs的有序通道和CDs的发光特性，实现了高效的ECL信号生成，同时最小化了聚集、诱导的淬灭和环境不稳定性。此外，CD-COFs的表面官能团（如氨基、羧基）有助于MIP的共价锚定，确保了传感器的稳定制备并减少了信号泄漏（Cao等人，2025年）。MIP薄膜是通过在SDZ模板分子周围电聚合吡咯（Py）合成的，Py既作为功能单体也作为交联剂。随后用NaOH洗脱模板，留下高度特异性的识别腔体，这些腔体通过氢键和范德华作用选择性地重新结合SDZ。当SDZ重新结合时，双模式平台利用两种不同的机制：由于CD-COF的发光受阻而导致的ECL淬灭，以及通过SDZ的固有氧化还原活性实现的DPV信号放大。这种交叉验证方法本身能够校正基质干扰，检测限达到0.28 nM（ECL）和1.6 nM（DPV），超过了传统的单模式方法。CD-COFs的整合不仅提高了灵敏度，还确保了重现性和抗环境变异性，解决了现有磺胺类检测策略中的关键限制。通过结合MIP的特异性和ECL与DPV的互补优势，本研究为复杂食品和环境基质中的痕量抗生素监测建立了可靠的框架，为未来双模式传感器设计提供了范例。
化学品和设备
所有试剂均为分析级，无需额外纯化。戊二醛（GA）、1,3,5-三苯苯（TAPB）、1,4-二氧环己烷、乙腈、乙酸（HAc）、四丁基铵六氟磷酸盐（Bu4NPF6）、磷酸二氢钠（NaH2PO4）、磷酸钠（Na2HPO4）、氢氧化钠（NaOH）、吡咯（Py）、磺胺二甲嘧啶（SDZ）、磺胺二甲氧嗪（SDM）、磺胺甲噁唑（SMX）、磺胺胺嗪（SMR）、磺胺二甲啶（SM2）均购自Aladdin Reagents Co., Ltd.
SDZ-MIP/CD-COF/GCE的表征
通过SEM表征了修饰电极表面的形态。图1A显示了电极表面上CD-COF的形态，呈球形。在SDZ-MIP的电聚合后（图1B），在电极表面形成了致密的聚吡咯分子印迹膜，从而阻断了CD-COF的ECL发光。从聚合膜表面洗脱SDZ后（图1C），可以观察到表面变得粗糙
结论
在本研究中，我们成功开发了一种集成MIP的双模式ECL/电化学传感器，用于复杂食品基质中SDZ的超灵敏和交叉验证检测。通过结合MIP的高度特异性识别能力和ECL与DPV的互补优势，该传感器实现了显著的灵敏度（ECL检测限为0.28 nM，DPV检测限为1.6 nM）和可靠性，优于现有的单模式方法。
CRediT作者贡献声明
Xuran Zhang：撰写 – 审稿与编辑、方法学、研究。Rongxian Ma：撰写 – 审稿与编辑、原始草稿撰写、方法学、研究、数据管理。Zhili Li：方法学、研究。Jing Cao：可视化、方法学。Haoqi Ma：资源获取、方法学。Yeyu Wu：撰写 – 审稿与编辑、监督、项目管理、方法学、资金获取、概念化。Xuecai Tan：监督、资金获取。Kejing Huang：撰写 – 审稿与
未引用的参考文献
Li, Yang, Wang and Li, 2023
Li et al., 2024
Qiu et al., 2024
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
作者感谢广西自然科学基金（2025GXNSFAA069522、2021GXNSFAA220092）、国家自然科学基金（编号22264004）以及广西民族大学湘西湖青年学者创新研究团队（2023GXUNXSHQN01）的财政支持。
