基于分子印迹微球与氮磷掺杂石墨烯量子点/氮化碳的荧光传感技术用于乳制品中三种四环素类抗生素的高灵敏检测

本研究针对乳制品中四环素类抗生素残留危害食品安全的问题，开发了一种新型荧光传感方法。研究人员通过将氮磷共掺杂石墨烯量子点(NP-GQDs)嵌入石墨相氮化碳(g-C3N4)，并与多西环素分子印迹微球(MIM)复合，成功构建了MIM@NP-GQDs/g-C3N4检测平台。该方法对三种四环素类抗生素的检测限达到0.8-1.8 ng/mL，回收率为83.5%-96.7%，且可重复使用6次，为乳制品安全监测提供了高选择性、高灵敏度的检测方案。

　　

在当今畜牧业中，四环素类抗生素(TCs)因其广谱抗菌特性和成本效益而被广泛用于奶牛疾病的治疗和预防。然而，这些抗生素会通过牛奶进入人类食物链，其残留物可能破坏肠道微生物群、影响生长发育、引发过敏反应甚至导致肝损伤，对公众健康构成潜在威胁。尽管美国、中国和欧盟等都制定了乳制品中四环素类抗生素的最大残留限量标准，但违规事件仍时有发生，因此开发高效、灵敏的检测方法迫在眉睫。

传统的四环素检测方法如液相色谱法、微生物检测法和免疫分析法各存在局限：或依赖昂贵仪器和专业操作人员，或特异性差、耗时长，难以满足现场快速筛查的需求。面对这些挑战，科学家开始探索将分子印迹技术(Molecularly Imprinted Microspheres, MIM)与量子点(Quantum Dots)相结合的新型检测策略。

在这项发表于《LWT》的研究中，研究人员创新性地将氮磷共掺杂石墨烯量子点(NP-GQDs)嵌入石墨相氮化碳(g-C₃N₄)中，再与多西环素特异性分子印迹微球结合，成功研制出MIM@NP-GQDs/g-C₃N₄复合检测材料。该研究通过计算机模拟分析三种四环素类抗生素(四环素TC、多西环素DOX和替加环素TGC)的立体构型，优化选择了多西环素作为模板分子；采用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等技术对材料进行表征；通过系统优化反应溶剂、比例和洗脱条件，建立了荧光检测方法；最后通过对市售乳制品样品的实际检测验证了方法的实用性。

3.1. 模板分子的空间位阻效应

通过Chem 3D软件分析发现，DOX和TGC具有相同的二面角，而TC则呈现不同的构型。DOX具有额外的侧链和更大的空间位阻，在合成过程中能提供更强的结构稳定性。吸附实验证实，以DOX为模板分子合成的MIM对三种四环素类抗生素都表现出良好的吸附能力，证明了选择DOX作为模板分子的合理性。

3.2. MIM的优化与合成

通过系统优化发现，甲醇作为反应溶剂时吸附效果最佳，模板分子与功能单体的最佳比例为1:6，甲醇/乙酸(9:1)为最适洗脱溶剂。合成的MIM对三种四环素类抗生素的吸附率显著高于非印迹微球(NIM)，表现出优异的选择性识别能力。

3.3. NP-GQDs的优化

研究发现NP-GQDs在pH 3-12范围内和不同离子条件下荧光强度稳定，且在30天内保持稳定，远优于以往报道的GQDs(仅稳定7天)，表明其具有良好的光稳定性。

3.4. NP-GQDs、g-C₃N₄和NP-GQDs/g-C₃N₄的表征

XRD和FTIR分析证实NP-GQDs成功负载到g-C₃N₄表面且不影响其晶体结构。TEM显示NP-GQDs粒径主要集中在3.2-4.8 nm之间，平均粒径约为4.10 nm。

3.5. MIM和MIM@NP-GQDs/g-C₃N₄的表征

FTIR和TEM分析证实MIM@NP-GQDs/g-C₃N₄成功合成，该复合材料粒径范围为0.6-1.6 μm，平均尺寸为1.14 μm。

3.6. MIM@NP-GQDs/g-C₃N₄的优化

该复合材料对三种四环素类抗生素表现出高特异性吸附，pH和离子条件对其荧光强度影响很小，表明其适用于实际乳制品样品的检测。

3.7. MIM@NP-GQDs/g-C₃N₄的稳定性

建立的荧光检测方法在2-50 ng/mL范围内呈现良好线性关系(R²>0.99)，对三种四环素类抗生素的检测限为0.8-1.8 ng/mL，且在30天内保持稳定。

3.8. 荧光特异性和选择性

该检测方法仅对三种四环素类抗生素产生明显的荧光强度降低，而对其他化合物无响应，表现出高度的特异性和选择性。

3.9. 离子浓度影响

各种离子对检测方法几乎没有干扰，表明该方法具有良好的抗干扰能力。随着三种四环素类抗生素浓度的增加，荧光强度逐渐降低，浓度从1增加到25 μg/mL时，荧光强度降低33.63%-41.29%。

3.10. 方法性能

MIM@NP-GQDs/g-C₃N₄可重复使用6次，回收率保持在83.6%-95.1%之间(RSD<7%)，表现出良好的重复使用性。

3.11. 实际样品检测

在空白乳制品样品中添加0.2-1.0 μg的三类四环素类抗生素，回收率达到83.5%-96.7%(RSD<5%)。对市售的15份牛奶和15份奶粉样品进行检测，结果均为阴性。

3.12. 与其他方法的比较

与基于分子印迹技术和量子点的其他四环素检测方法相比，本研究开发的检测方法具有更低的检测限(0.8-1.8 ng/mL)和更长的检测稳定性(30天)，在四环素类抗生素检测领域展现出显著的应用潜力。

该研究成功开发了一种基于MIM@NP-GQDs/g-C₃N₄的荧光检测方法，用于牛奶和奶粉中多西环素、替加环素和四环素的高灵敏检测。该方法具有合成简单、稳定性好、可重复使用、检测限低、特异性强等优点，且pH和离子强度对其检测性能影响很小。研究通过系统优化和全面表征，证实了该检测平台在实际乳制品样品中的应用价值，为食品安全监测提供了一种有效的技术手段。

尽管该研究目前主要应用于牛奶和奶粉样品，对于成分更为复杂的酸奶和奶酪等乳制品，还需要开发专门的样品前处理方案。未来研究通过进一步优化MIM@NP-GQDs/g-C₃N₄的结构设计，可望提高其识别能力和检测稳定性。将该方法与先进的便携式传感平台集成，将促进四环素类抗生素在乳制品及其他食品系统中的大规模现场监测。