基于便携式铜基金属有机凝胶纳米酶拭纸的双模式比色与光热生物传感检测全氟辛烷磺酸

《Sensors and Actuators B: Chemical》：Dual-modal colorimetric and photothermal biosensing of perfluorooctanesulfonate based on a portable copper-based metal-organic gel nanozyme swab

　　

全氟辛烷磺酸（PFOS）是一种具有持久性和生物累积性的环境污染物，对生态系统和人类健康构成显著威胁，因此亟需开发快速的现场检测方法。研究人员提出了一种便携式双模式生物传感平台，通过将过氧化物酶模拟活性的铜基金属有机凝胶（Cu-MOG）纳米酶功能化于棉签上，实现对PFOS的高灵敏、高选择性检测。Cu-MOG由铜离子与6-巯基嘌呤通过一锅法自组装合成，对过氧化氢（H2O2）介导的无色3,3’,5,5’-四甲基联苯胺（TMB）氧化生成蓝色氧化产物（oxTMB）具有高催化活性。电子顺磁共振光谱证实羟基自由基（•OH）和超氧阴离子自由基（•O2–）是该催化的关键活性氧物种。PFOS通过其磺酸基团与铜活性位点配位，并利用氟亲和相互作用发生自组装，从而非竞争性地抑制催化活性，减少•OH和•O2?的生成并破坏Cu(II)/Cu(I)氧化还原循环。该抑制作用可实现比色检测，通过智能手机图像提取红绿通道比值进行定量，检测限（LOD）达0.12 nM。此外，808 nm激光照射下oxTMB产生的光热信号提供了第二重读出模式，其LOD更低至0.14 nM。双模式设计实现了交叉验证，显著提高了检测可靠性。该Cu-MOG功能化拭纸传感器对潜在干扰物表现出高选择性、良好的储存稳定性，并在实际水样中成功应用于PFOS检测，回收率为92–114%。本研究不仅为现场PFOS筛查提供了稳健的生物传感平台，也为设计用于环境传感的功能性纳米酶-水凝胶材料提供了新的思路。

全氟辛烷磺酸（Perfluorooctanesulfonate, PFOS）因碳氟键（C–F）结构而具有极强的环境持久性和生物累积性，广泛用于工业与生活用品中，却对生态系统与人类健康构成潜在威胁。传统检测方法依赖液相色谱-质谱（LC-MS）或气相色谱-质谱（GC-MS），虽精确但设备昂贵、操作复杂，难以满足现场快速筛查的需求。为此，研究人员开发了基于铜基金属有机凝胶（Copper-based Metal-Organic Gel, Cu-MOG）纳米酶的便携式双模式传感平台，结合比色与光热两种信号输出，实现高灵敏、高选择性检测，成果发表于《Sensors and Actuators B: Chemical》。

在研究方法中，作者采用温和条件下的一锅法合成Cu-MOG，通过铜离子与6-巯基嘌呤的自组装形成具有过氧化物酶模拟活性的纳米酶；将Cu-MOG与显色底物3,3’,5,5’-四甲基联苯胺（TMB）嵌入医用棉签，构建便携式检测装置；利用PFOS对催化反应的抑制作用，通过智能手机成像提取红绿通道强度比值实现比色定量，并结合808 nm近红外激光照射下的光热响应进行双重检测；在实际水样中验证了方法的准确性与可靠性。

研究结果方面，在Cu-MOG的合成与表征部分，研究人员通过倒置试管实验和冷冻干燥表征确认了凝胶的形成及超轻材料的特性。催化机制研究表明，Cu-MOG可高效催化H₂O₂介导的TMB氧化反应，电子顺磁共振光谱检测到•OH和•O₂^–是关键活性氧物种；PFOS通过磺酸基团与铜位点配位及氟亲和作用抑制催化，破坏Cu(II)/Cu(I)循环。传感性能评估显示，比色模式LOD为0.12 nM，光热模式LOD为0.14 nM，双模式交叉验证减少了假阳性与假阴性风险。实际应用测试中，该传感器对干扰物具有高选择性，储存稳定性良好，并在真实水样中取得92–114%的回收率。

在讨论与结论部分，研究人员指出，该工作首次将Cu-MOG纳米酶与棉签载体结合，构建了兼具采样与检测功能的双模式传感平台，突破了传统溶液检测的便携性限制。通过比色与光热信号的互补，显著提升了PFOS检测的准确度与环境适应性。这一策略不仅为PFOS及其他类似污染物的现场监测提供了可行方案，也为功能性纳米酶与水凝胶材料在环境分析中的应用拓展了新方向。