一种双单体磁性印迹吸附剂，用于快速去除和痕量检测有害的黄曲霉毒素B1

《Food Chemistry》：A dual-monomer magnetic imprinted sorbent for fast removal and trace-level monitoring of hazardous aflatoxin B1

本研究设计合成了一种磁性双功能单体分子印迹聚合物（MMIP），通过表面印迹技术优化吸附性能，结合UPLC-MS/MS建立痕量AFB1检测方法，具有高灵敏度（检测限0.002μg/L）、高选择性（印迹因子2.40）及重复使用性（10次循环后吸附效率下降6.1%）。

　　

王创|王宇欣|朱婉萱|李颖颖|张慧茹|王旭文|马宇燕|孔丹丹|罗娇阳|杨美华

中国医学科学院药用植物研究所道地药材质量保障与可持续利用国家重点实验室，北京100193

摘要

黄曲霉毒素B1（AFB₁）是一种在食品中常见的剧毒污染物，其痕量检测受到复杂基质的严重干扰。为了实现AFB₁的高效富集和快速检测，本研究设计并合成了一种以磁性纳米颗粒为核心、使用ECC作为印迹分子的双功能单体分子印迹聚合物（MMIP）。通过表面印迹技术结合甲基丙烯酸和苯乙烯作为双功能单体，构建了具有特异性识别位点的印迹层，并系统优化了合成条件和吸附-解吸参数。结果表明，所制备的MMIP表现出高吸附能力（15.385 mg/g）、快速吸附动力学（2分钟内达到平衡）、良好的选择性（印迹因子为2.40）和优异的重复使用性（10次循环后吸附效率仅下降6.1%）。利用这种材料作为基于MMIP的磁分散固相萃取方法，并结合UPLC-MS/MS技术，建立了一种用于复杂食品基质中AFB₁痕量分析的方法，该方法具有0.005–50 μg/L的线性范围、0.002 μg/L的检测限以及86.13%至113.44%的回收率。本研究为复杂食品基质中AFB₁的高选择性富集和快速检测提供了一种可靠的策略。

引言

黄曲霉毒素B1（AFB₁）是由黄曲霉（Aspergillus flavus）和寄生曲霉（Aspergillus parasiticus）等产毒菌株产生的次级代谢物。作为一种二氢呋喃萘醌衍生物，它在所有已知化学物质中具有最强的致癌性（Erdem等人，2022年；Qian等人，2026年；C. Wang等人，2024年；Chenhuan Wang等人，2025年）。在特定的温度和湿度条件下，AFB₁容易污染各种谷物、大豆和其他油籽食品，对全球食品安全和人类健康构成严重威胁。统计数据显示，全球约25%的农产品受到霉菌毒素的污染，其中AFB₁的污染尤为普遍和严重。开发快速准确的AFB₁含量检测方法对于确保食品安全和消费者健康保护至关重要（Ouyang等人，2025年；Solomou等人，2025年；Q. Yang等人，2025年；Zeng等人，2025年）。

然而，食品基质的复杂性和AFB₁的痕量存在对检测灵敏度和选择性提出了极高的要求。尽管HPLC和LC-MS/MS等传统技术具有较高的准确性，但它们依赖于复杂的预处理步骤（提取、纯化、富集），这些步骤耗时、劳动强度大且需要大量有机溶剂（Joudi等人，2025年；H. C. Wang等人，2025年）。因此，开发用于选择性富集AFB₁的高效预处理材料对于提高整体检测性能至关重要（Tian等人，2025年）。

分子印迹聚合物（MIPs）是一种具有预定选择性的合成材料，通过在聚合过程中引入模板分子来实现（Ng'andu & Nsibande，2026年；Sun等人，2026年）。该过程通过共价或非共价相互作用在模板和功能单体之间形成复合物，随后进行交联聚合和模板去除，最终生成在形状、大小和功能基团上与模板互补的三维空腔（Castell等人，2024年；Hua等人，2024年）。MIPs表现出优异的吸附性能和高选择性，使其广泛应用于环境和食品样品中目标分子的分离和富集（Hua等人，2023年；Y. Wang等人，2024年）。磁性分子印迹聚合物（MMIPs）将MIPs与磁性材料结合在一起，既保留了MIPs的特异性识别能力，又增加了快速磁分离的优势。因此，MMIPs简化了预处理程序并提高了分析效率（Castell等人，2024年；Li等人，2025年）。

近年来，在利用分子印迹技术和磁性材料进行霉菌毒素检测方面取得了显著进展。研究人员致力于开发各种高性能的磁性分子印迹材料以应对AFB₁检测的实际挑战（Castell等人，2024年；Hua等人，2023年）。在聚合物合成策略方面，虚拟模板印迹因其能够消除模板泄漏引起的背景干扰而受到广泛关注（Liao等人，2026年；Zhao等人，2025年）。在材料设计方面，多功能纳米结构材料的开发为提高AFB₁检测性能提供了新的方法（Castro等人，2026年；He等人，2026年；Jia等人，2026年）。在检测方法创新方面，除了与传统的液相色谱或液相色谱-质谱结合外，MMIPs还与多种传感技术（如电化学、荧光、比色法）协同结合，构建了快速、高灵敏度的检测平台。这一趋势凸显了它们在实验室分析之外的扩展应用，如现场筛查和食品安全监测中的多重霉菌毒素检测（Damphathik等人，2025年；Hu等人，2025年；Huang等人，2025年；Li等人，2025年）。

尽管先前的研究在AFB₁检测方面取得了显著进展，但仍存在一些技术限制需要解决。首先，传统分子印迹聚合物中的结合位点主要位于材料基质内部，导致模板分子的质量传递效率低和结合动力学缓慢，从而阻碍了快速高效的分离和富集。其次，常用的虚拟模板在结构和性质上与目标AFB₁存在差异，导致印迹空腔的识别效率和选择性不佳，需要进一步改进。此外，复杂食品基质中存在与AFB₁结构相似的干扰物质（如其他霉菌毒素）可能会在印迹位点竞争结合，影响方法的准确性。最后，现有的磁性分子印迹材料在重复循环使用过程中往往稳定性不足和再生性能不佳，限制了其实际应用价值（Sun等人，2026年；Zhao等人，2021年）。

为了解决这些问题，本研究提出设计并合成一种以改性磁性纳米颗粒为核心的新颖磁性分子印迹聚合物。采用表面印迹技术在磁性载体表面构建印迹层，以克服传统批量印迹带来的低质量传递效率限制。采用虚拟模板策略不仅防止了模板泄漏，还解决了由于模板-单体相互作用不足导致的识别效果不佳的问题；这涉及从更广泛的类似结构库中系统筛选出最佳印迹分子。此外，引入了协同双功能单体系统，通过氢键增强选择性，并通过π–π堆叠/疏水相互作用提高结合亲和力/稳定性，直接解决了选择性和材料稳定性不足的问题。通过系统优化功能单体组成、交联剂比例、虚拟模板比例和聚合条件，我们制备了一种具有高吸附能力、优异富集能力、快速结合动力学和针对AFB₁的优异选择性的磁性分子印迹材料。利用这种材料作为磁分散固相萃取吸附剂，并结合液相色谱-质谱技术，我们建立了一种适用于复杂食品基质中AFB₁痕量检测的高灵敏度和选择性分析方法。尽管最近有两项研究报道了用于AFB₁富集的磁性分子印迹聚合物（Li等人，2025年；Y. Yang等人，2025年），但本研究通过扩大虚拟模板筛选范围、更系统地研究MSPE条件，并通过结合光谱和量子化学分析提供了更深入的印迹相互作用机制见解，使其具有更高的分析灵敏度，并在更广泛的真实食品基质范围内得到了验证，从而提高了AFB₁测定的适用性。

部分摘录

化学物质和仪器

化学物质和仪器的详细信息见支持材料。

Fe₃O₄@SiO₂@MPS的合成

Fe₃O₄纳米颗粒是通过亚铁（Fe²⁺）和铁（Fe³⁺与氢氧化铵（NH₃·H₂O）共沉淀制备的（Dheyab等人，2020年；Shinde等人，2025年）。Fe₃O₄@SiO₂磁核壳结构是通过St?ber方法将Fe₃O₄纳米颗粒涂覆SiO₂层制备的（Zengin等人，2025年）。为了进行表面印迹，在Fe₃O₄@SiO₂纳米颗粒表面引入了乙烯基基团（

MMIP的设计和合成

首先使用共沉淀方法合成了Fe₃O₄纳米颗粒，然后进一步合成了核壳结构Fe₃O₄@SiO₂。使用MPS在磁性Fe₃O₄@SiO₂纳米颗粒表面修饰了乙烯基基团，以便于MIP层的共价接枝（图1）。鉴于AFB₁的高成本和毒性，本研究采用了虚拟印迹策略。预聚合混合物使用ECC（AFB₁的结构类似物）作为模板，因为它可以与

结论

本研究成功设计并合成了一种MMIP，使用ECC作为虚拟模板，MAA作为双功能单体，旨在实现AFB₁在复杂食品基质中的高效吸附和富集。研究表明，虚拟模板策略与双功能单体的协同效应（其中MAA提供氢键识别，ST增强π-π堆叠和疏水相互作用）有效提高了整体性能

CRediT作者贡献声明

王创：撰写——原始草案、方法学、研究、数据分析、概念化。王宇欣：研究、数据分析。朱婉萱：方法学、研究。李颖颖：方法学、研究。张慧茹：方法学、研究。王旭文：方法学、研究。马宇燕：研究、数据分析。孔丹丹：数据分析。罗娇阳：撰写——审阅与编辑、监督、资金获取。杨美华：撰写——审阅与

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（编号：82574710）的支持。