类似过氧化物酶的NH2-MIL-101(Cr)通过电荷转移调控实现蜂蜜中氧氟沙星的荧光检测

《Food Chemistry》：Peroxidase-like NH 2-MIL-101(Cr)-enabled fluorescence sensing of ofloxacin in honey through charge transfer modulation

基于Cr-MOF的荧光传感器用于蜂蜜中诺氟沙星检测，利用其内源过氧化物酶样活性催化H?O?-OPD体系生成荧光产物DAP，通过诺氟沙星与淬灭剂DDQ的n→π*电荷转移复合恢复荧光信号，检测限7.36 μg/kg，线性范围25-600 μg/kg，选择性高，为抗生素残留分析提供新方法。

　　

青海夏|肖丽|肖晓|邓文航|杨亚玲

中国云南省公共卫生与生物安全重点实验室及昆明医科大学公共卫生学院，昆明650500

摘要

在食品中监测氟喹诺酮类化合物存在迫切需求。本研究提出了一种基于荧光检测的灵敏方法，用于检测蜂蜜中的氧氟沙星（OFL）。该方法利用了通过水热法合成的基于铬的金属有机框架NH₂-MIL-101(Cr)。该框架具有类似过氧化物酶（POD）的活性，能够催化H₂O₂对o-苯二胺（OPD）的氧化反应，生成荧光产物2,3-二氨基吩嗪（DAP）。然而，2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌（DDQ）会抑制这种催化活性，因为它能清除重要的活性氧物种。当加入OFL后，OFL通过与DDQ的n→π*电荷转移（CT）相互作用，能够恢复荧光信号，同时降低DDQ的浓度。这种荧光信号的恢复与OFL的含量呈正相关。实验结果表明：该方法在25至600 μg/kg的浓度范围内具有线性响应，检测限为7.36 μg/kg， spiked蜂蜜样品中的回收率在81.5%至105.3%之间，并且对潜在干扰物质具有高选择性。本研究为抗生素残留分析提供了一种新方法，突显了基于金属有机框架（MOF）的纳米酶在食品安全监测中的应用价值。

引言

氟喹诺酮类（FQs）是一类广谱合成抗生素，对多种革兰氏阴性和革兰氏阳性病原体有效。它们主要通过干扰细菌的拓扑异构酶IV和DNA旋转酶发挥作用（Mulas, Stefanowicz, Oledzka, & Sobczak, 2019）。FQs是目前最有效的抗感染药物之一，被广泛用于预防和控制牲畜和水产养殖动物的感染（Lungu, Moldovan, Biri?, & Rusu, 2022）。然而，FQs在牲畜养殖中的滥用可能导致其进入人类食物链，从而引发公共卫生问题。长期低水平暴露会促进细菌耐药性的产生，增加难治性感染的威胁（Karwańska et al., 2023）。因此，检测和监控食品中的OFL至关重要。目前常用的分析技术包括荧光光谱法（FLS）（Lin, Su, Li, & Liang, 2024; Zhong et al., 2020）、高效液相色谱-串联质谱（HPLC-MS/MS）（Ao et al., 2025）、电化学分析（ECA）（Aymard et al., 2022; Rudnicki et al., 2020）、毛细管电泳（CE）（Czuma-Pokusa & Walczak, 2024）和免疫测定（IA）（Dong et al., 2024）。其中，FLS是一种经济高效、响应迅速的分析方法，具有高灵敏度、良好选择性和可视化能力，适用于现场和实时分析（Saini, Ramasamy, & Ashok Kumar, 2025）。但由于荧光效率和检测阈值的限制，需要开发新的检测系统来提升检测能力（D. Wu et al., 2017）。本研究采用了一种基于人工酶模拟物（合成纳米酶）的检测系统。

纳米酶是一种催化纳米材料，能在特定条件下模拟天然酶的功能（Gao et al., 2007）。它们具有与天然酶相似的催化动力学和机制，同时具有可调活性、高稳定性和可规模化合成等优点（Wei & Wang, 2013）。目前已开发出多种类型的纳米酶，包括基于金属氧化物的（Qin, Guo, Yang, & Wei, 2024）、基于金属的（Li et al., 2024）、基于碳的（Wang, Wang, & Zhou, 2021）以及基于金属有机框架的纳米酶（Cai et al., 2023）。金属有机框架（MOFs）具有优异的孔隙率、巨大的表面积和可定制的孔结构，是一种混合晶体固体。其结构由金属中心和有机配体通过协同自组装形成周期性网络（Yu et al., 2024; Yu et al., 2024），这些特性使其在化学传感器（Chang et al., 2023）、生物医学（Wang, Jana, & Zhao, 2020）、多相催化（Yu, Lu, Jiang, Li, & Chen, 2025）、组分分离（Cong et al., 2024; Cong et al., 2024; Zhou et al., 2024）和能量存储（Sanati et al., 2020）等领域具有广泛应用。

作为纳米酶的重要分支，基于MOFs的纳米酶因其可控性质和多样化的结构而受到青睐。具有酶样活性的MOFs定向设计为物质分析提供了新策略（Li et al., 2024; Li et al., 2024），使其成为推动化学传感技术发展的关键材料。常用的金属中心包括铬（Cheng et al., 2020）、锰（Miao, Zhao, Sun, & Lv, 2024）、铁（Thuy Nguyen et al., 2023）、钴（Huang, Zhang, Xu, Zeng, & Zhou, 2025）、铜（Pathan et al., 2025; Yu, Hu, et al., 2024; Yu, Sun, et al., 2024）、锌（Li, Zhao, et al., 2024）和铈（Xue et al., 2025），这些金属中心可以催化底物的显色反应（Ye et al., 2023）。其中，铬（III）是生物体必需的微量元素，具有小半径、高电荷和强极化能力，且在配体形成的配位键中起重要作用（Chen et al., 2022）。因此，Cr-MOFs具有显著的化学和热稳定性，适用于传感器设计（Huang et al., 2024）。例如，Hu等人（2023）开发了一种基于CDS@MIL-101@MIP的智能手机辅助传感器，用于超灵敏检测抗菌剂。Keshta等人（2024）开发了一种使用PANI@R-MIL-101(Cr)作为离子-电子转换器的选择性电极，该电极在湖泊沉积物中能够高效检测Pb²⁺。

基于上述研究结果，本研究设计了一种基于NH₂-MIL-101(Cr)的荧光传感器，该纳米酶具有类似POD的活性，能够催化OPD-H₂O₂反应生成荧光信号分子DAP。电子受体DDQ通过捕获反应产生的电子来抑制荧光信号，并同时抑制Cr-MOF的催化功能。相反，分析物OFL通过与DDQ的特异性结合形成n-π CT复合物，从而有效阻断DDQ的抑制作用并恢复催化活性。利用这一机制，建立了一种新型的OFL荧光检测方法（见图1），这是一种此前未报道的新方法。基于NH₂-MIL-101(Cr)的荧光传感器已成功用于蜂蜜样品中的OFL检测。

NH₂-MIL-101(Cr)的合成

NH₂-MIL-101(Cr)纳米颗粒是通过改进的一步水热法制备的，该方法基于先前报道的协议并进行了若干调整（Zorainy, Gar Alalm, Kaliaguine, & Boffito, 2021）。主要制备过程如图1a所示：首先将7.5 mmol的Cr(NO₃)₃?9H₂O和5 mmol的NH₂-BDC在玛瑙研钵中充分研磨并混合均匀，然后转移至装有50 mL去离子水的玻璃烧杯中。

NH₂-MIL-101(Cr)的测试与分析

NH₂-MIL-101(Cr)按照2.1节中的步骤合成，并通过扫描电子显微镜（SEM）在多个尺度上对其形态进行了表征。如图1b所示，该材料呈现典型的纳米颗粒结构，大部分颗粒呈不规则聚集体，具有密集的无定形特征。颗粒大小分布较窄，主要集中在30至60 nm之间，平均粒径为...

结论

虽然传统的荧光检测方法分析速度快，但在复杂基质中的应用常常受到内源性荧光物质的干扰，这会降低选择性并增加假信号的风险。相比之下，基于MOFs的荧光传感系统结合了特异性识别和催化放大机制，有效抑制背景干扰，提高信噪比，从而提升灵敏度和准确性。

作者贡献声明

青海夏：撰写初稿、方法设计、资金申请、概念构思。肖丽：数据可视化、实验研究、数据整理。肖晓：结果验证、正式分析。邓文航：软件开发、项目管理。杨亚玲：撰写修订稿、监督工作、资源协调。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了云南省科学技术厅基础研究计划（项目编号：202401AY070001-073）和云南省科学技术厅与昆明医科大学联合应用基础研究专项（项目编号：202201AY070001-261）的财政支持。