基于氨基功能化MOF比率荧光探针与智能手机集成水凝胶平台的草甘膦现场检测新方法

《Microchemical Journal》：Ratiometric fluorescent probe based on amino-functionalized MOF for on-site glyphosate detection via smartphone-integrated hydrogel platform

本研究针对草甘膦传统检测方法存在的设备昂贵、操作复杂等瓶颈问题，开发了一种基于NH2-MIL-101(Fe)@[Ru(bpy)3]2+比率荧光探针的智能手机集成水凝胶检测平台。该传感器在2秒内实现草甘膦可视化检测，线性范围0-100μM，检测限达0.63μM，加标回收率98.90%-112.52%，为农药残留现场检测提供了新技术方案。

　　

在现代农业中，草甘膦作为全球使用最广泛的除草剂，其残留问题日益引发公众健康担忧。这种非选择性广谱除草剂自1971年投入使用以来，随着抗草甘膦转基因作物的推广，全球使用量持续攀升，预计到2025年将达到92万吨。然而，通过食物链摄入的草甘膦与糖尿病、心血管疾病及多种癌症风险密切相关。我国GB 2763-2021标准对全麦粉中草甘膦的限量要求为5mg/kg，因此开发快速、准确的现场检测方法迫在眉睫。

传统色谱-质谱联用技术虽准确可靠，但存在设备昂贵、流程复杂等局限。现有荧光比色方法多依赖酶反应，易失活且稳定性差。针对这些技术瓶颈，华南农业大学研究团队在《Microchemical Journal》发表研究成果，成功构建了一种基于氨基功能化金属有机框架（MOF）的比率荧光探针，并结合智能手机水凝胶平台，实现了草甘膦的快速现场检测。

研究采用水热法合成氨基功能化发光金属有机框架NH₂-MIL-101(Fe)，并通过引入[Ru(bpy)₃]²⁺作为内参比信号构建比率荧光探针。关键技术包括：MOF材料的合成与表征（X射线衍射XRD、傅里叶变换红外光谱FTIR、X射线光电子能谱XPS）、比率荧光探针组装优化、水凝胶固定化技术以及智能手机RGB分析系统。实验选用市售玉米苗、甘蔗和全麦粉等实际样品进行方法验证。

材料与制备

研究以FeCl₃·6H₂O为金属源，2-氨基苯-1,4-二甲酸为有机配体，通过水热法合成NH₂-MIL-101(Fe)。扫描电镜（SEM）显示MOF呈规则八面体形态，粒径约700nm，表面光滑。负载[Ru(bpy)₃]²⁺后形成MOF@Ru复合材料，部分颗粒表面出现坍塌，粒径分布变宽。

表征分析

XRD图谱证实MOF@Ru成功保持了NH₂-MIL-101(Fe)的晶体结构。FTIR显示在3385cm^-1和3307cm^-1处出现-NH₂特征峰，1604cm^-1处为C=O伸缩振动峰，表明氨基成功功能化。XPS进一步验证Fe、O、N、C、Ru等元素的存在，其中Ru3d_5/2结合能位于281.08eV，证实[Ru(bpy)₃]²⁺成功负载。

检测性能

优化条件下，探针在2秒内实现草甘膦快速检测，线性范围0-100μM（R²=0.9934），检测限0.63μM。加标回收实验显示回收率98.90%-112.52%，相对标准偏差<6.86%。选择性实验表明探针对草甘膦具有显著特异性响应，常见干扰物影响较小。

水凝胶集成平台

将MOF@Ru固定于琼脂糖水凝胶制成便携式检测盒，结合智能手机RGB分析。R/B值与草甘膦浓度呈良好线性关系（R²=0.9980），检测限达0.78μM，实现了从实验室到现场的检测模式转换。

本研究成功开发了一种基于MOF@Ru比率荧光探针的双模式（荧光/比色）检测平台，通过水凝胶固定化与智能手机集成，解决了传统方法无法现场应用的难题。该传感器具备快速响应、高灵敏度和良好选择性等优势，为食品安全领域农药残留监测提供了新的技术路径。特别值得关注的是，该方法摆脱了对酶的依赖，显著提升了传感器的稳定性和实用性，在农产品质量安全监管领域展现出广阔的应用前景。