《Food Chemistry》：Sub-picomole detection of norfloxacin using a molecularly imprinted electrochemical sensor
编辑推荐：
诺氟沙星分子印迹电化学传感器研究及其在食品和环境样本中的应用，摘要：本研究开发了一种基于分子印迹的多壁碳纳米管/壳聚糖-玻璃碳电极电化学传感器，用于高灵敏、宽线性范围的诺氟沙星检测。该传感器通过分子印迹聚合物实现特异性识别，结合碳纳米管复合材料增强信号响应，检测限达1.78×10^-14 M，并成功应用于蜂蜜、牛奶和水样检测，回收率满意。
Jingbin Shi|Hongyuan Guo|Hao Wu|Xuedong Jia|Runying Chai|Yujue Feng|Suozhu Wu
山西农业大学食品科学与工程学院，中国太原030801
摘要
诺氟沙星（NOR）是一种氟喹诺酮类抗生素，长期摄入会对人类健康构成严重威胁。因此，对NOR进行灵敏检测具有重要意义。本研究开发了一种基于分子印迹聚吡咯/羧基化多壁碳纳米管-壳聚糖/玻璃碳电极（MIP/cMWCNT-CS/GCE）的分子印迹电化学传感器（MIES），用于检测NOR。cMWCNT-CS作为导电层用于信号放大，而MIP作为识别元件，实现对NOR的特异性识别。NOR通过铁氰化钾探针的还原峰电流间接检测。该MIES具有超宽线性范围（1.00×10^-13–1.00×10^-5 M）和超低检测限（1.78×10^-14 M），响应速度快（吸附时间4分钟），选择性高，重复性好。此外，该传感器成功应用于蜂蜜、牛奶和自来水样品中的NOR检测，回收率在87.30%–121.00%之间。这项工作为食品和环境样品中NOR的快速超灵敏监测提供了一种有前景的分析方法。
引言
诺氟沙星（NOR）是一种常用的氟喹诺酮类抗生素（Lv等人，2025年）。它被广泛用于治疗动物的呼吸系统、消化系统和泌尿系统疾病（Wang、Guo等人，2025年），以及眼部和皮肤感染（Cheng等人，2024年；Sasikumar等人，2025年；Shen等人，2023年）。然而，过度使用NOR可能导致胃肠道不适、头晕、嗜睡等副作用（Z. Zhang等人，2021年），并在动物产品和环境中持续积累（J. L. Chen等人，2022年），这可能促进超级耐药细菌的出现，对人类健康构成重大威胁（Agrawal等人，2013年；Hu等人，2025年；J. Y. Wang等人，2023年）。因此，中国严格禁止在食用动物中使用NOR。为了确保食品安全和人类健康，开发一种快速、灵敏且特异性的NOR检测方法至关重要。
迄今为止，已经采用了多种分析技术来定量NOR，如液相色谱（Lynda等人，2025年；M. M. Zhang等人，2025年）、分光光度法（Elgendy等人，2024年；Khan等人，2025年）、毛细管电泳（C. C. Liu等人，2015年）和电化学方法（S. J. Chen等人，2023年；Lv等人，2025年；Muungani & van Zyl，2023年；Xiong等人，2024年）。近年来，由于电化学方法操作简单、成本低、分析时间短和灵敏度高等优点（Zhou等人，2024年），这些方法发展迅速并受到了越来越多的关注。
多壁碳纳米管（MWCNT）因其出色的机械强度、优异的导电性和高化学稳定性而被广泛用于构建高性能电化学传感器（Jia、Guo、Chai等人，2025年；Shi等人，2024年；Wu等人，2023年）。对MWCNT进行羧基化修饰可以进一步提高电化学传感器的性能。引入的羧基作为亲水基团，显著增强了MWCNT在溶液中的分散性和稳定性，从而为形成均匀稳定的电极传感膜奠定了基础。此外，羧基化MWCNT（cMWCNT）的导电性优于未改性的MWCNT（Aschemacher等人，2024年）。通过羧基提供的活性位点及其自身的延展性，cMWCNT可以有效地将MIP膜吸附并固定在电极表面，从而生成更多针对模板分子的特异性识别位点（Sun等人，2023年）。此外，在制备过程中引入壳聚糖（CS）可以提高溶液粘度，促进每单位电极面积上装载更多的cMWCNT，并形成更坚固的复合膜，进一步提高传感器对分析物的检测灵敏度（Tang等人，2020年）。
分子印迹技术（MIT）是一种模拟抗原和抗体之间相互作用以特异性识别目标模板分子的技术（Li等人，2024年），已被广泛应用于检测各种分析物。分子印迹聚合物是通过MIT使用功能单体和模板分子人工合成的具有特定识别位点的聚合物。去除模板分子后，聚合物基质中会形成许多空腔。由于这些空腔在大小、形状和功能基团上与模板分子互补（Wu等人，2023年），它们能够区分模板分子和其他类似化合物。分子印迹聚合物具有制备简便、稳定性好、选择性高、成本低和可重复使用等优点（Moya-Cavas等人，2025年），并已在许多领域得到广泛应用，包括电化学分析（Faheem等人，2025年；Guo等人，2025年；Wu等人，2023年；Xue等人，2024年）。
吡咯可作为功能单体并聚合形成分子印迹聚吡咯（MIP）膜。这种制备过程不仅简单且可重复，还能精确控制膜厚度。合成的MIP膜具有良好的稳定性和强交联能力，可以为模板分子提供特异性识别位点（Zheng等人，2024年；Zhong等人，2015年）。基于MIP的电化学传感器能够灵敏地检测分析物，并表现出优异的抗干扰能力和重复性，使MIP膜成为理想的电极修饰材料（Charkravarthula & Mugweru，2025年）。尽管分子印迹电化学传感器（MIESs）在NOR检测方面显示出潜力，但现有研究仍面临同时实现超宽响应范围、超低检测限和快速分析的挑战（S. J. Chen等人，2023年；Z. P. Liu等人，2019年；Lv等人，2025年）。
本文旨在使用cMWCNT-CS和MIP作为电极修饰材料，开发一种快速超灵敏的NOR检测MIES。在优化的实验条件下，研究了MIES对NOR的性能。所建立的MIES具有低检测限、超宽线性范围和良好的重复性。此外，该传感器成功应用于蜂蜜、牛奶和自来水样品中的NOR检测，展示了其在监测动物源性食品和环境样品中的潜在应用价值。
材料与试剂
cMWCNT（XFM18）购自南京XFNANO材料科技有限公司（中国南京）。吡咯、醋酸钠（NaAc）、36%醋酸（HAc）、壳聚糖（CS）、诺氟沙星（NOR）、氟化钠（NaF）、硝酸钾（KNO3）、氯化钙（CaCl2）、氯化钾（KCl）、铁氰化钾（K3Fe(CN)6）、甲醇（MeOH）及其他试剂购自上海Aladdin生物化学技术有限公司（中国上海）。0.10 M缓冲溶液（pH 3.00–5.00）使用HAc和NaAc配制，用于
MIP/cMWCNT-CS/GCE的制备与表征
图2A显示了将cMWCNT-CS层电沉积到裸露GCE表面的电流-时间曲线。随着沉积时间的增加，电流值急剧下降，大约50秒后逐渐稳定，表明cMWCNT-CS持续沉积在裸露的GCE表面（X. D. Jia, H. Y. Guo, Y. F. Hao等人，2025年）。
图2B展示了在cMWCNT-CS/GCE表面上进行MIP-NOR和NIP电聚合的CV曲线
结论
在这项研究中，我们开发了一种基于MIP/cMWCNT-CS/GCE的新型MIES用于检测NOR。该MIES利用MIP膜对NOR进行特异性识别。与传统的MIP/GCE相比，加入cMWCNT-CS不仅放大了电信号，还确保了上层敏感膜的牢固附着、形态优化和稳定运行，这是纯MIP无法实现的。使用K3Fe(CN)6作为氧化还原探针，实现了NOR的间接检测
CRediT作者贡献声明
Jingbin Shi：撰写——原始草稿、验证、实验研究、数据分析。
Hongyuan Guo：撰写——原始草稿、监督、数据分析。
Hao Wu：实验研究、数据分析。
Xuedong Jia：数据分析。
Runying Chai：数据分析。
Yujue Feng：数据分析。
Suozhu Wu：撰写——审稿与编辑、监督、资源管理、项目管理、方法论、资金获取、概念构思。
未引用参考文献
Wang等人，2025年
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本工作得到了中国山西省基础研究计划（202103021224176）的支持。
