基于双模式分子印迹纳米酶膜传感器的高灵敏度二乙基己烯雌酚检测方法

《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：Highly sensitive detection of diethylstilbestrol based on a dual-mode membrane sensor of molecular imprinted nanozymes

基于分子印迹的纳米酶传感器实现牛奶中DES的高灵敏检测。摘要：本研究开发了一种集成分子印迹聚合物与铜纳米颗粒（CuNPs）的PVDF膜传感器，通过ZIF-8自组装与多巴胺聚合构建特异性识别层和催化活性中心，结合智能手机光学分析实现DES的快速双模式检测（比色/荧光），线性范围0.5-200 μM，检测限0.38 μM，与HPLC验证结果一致。

　　

周永飞|李宁|李明|李东阳|邹晓波|张灿

江苏大学食品与生物工程学院，镇江，中国

摘要

环境内分泌干扰物（如己烯雌酚DES）在牲畜和环境中普遍存在，通过生物放大作用对生态和健康构成重大风险。本研究开发了一种基于分子印迹纳米酶的PVDF膜传感器，结合智能手机分析技术，实现了对牛奶中己烯雌酚的快速可视化检测方法。该传感器通过在PVDF膜上原位生长ZIF-8纳米颗粒，随后负载铜纳米颗粒（CuNPs）并通过多巴胺自聚反应形成分子印迹聚合物层来制备。CuNPs的催化活性可将OPD氧化生成显色/荧光产物DAP，其吸光度和荧光强度随DES浓度的增加而降低。该比色法检测范围为0.5–200 μM，检出限（LOD）为0.38 μM，加标回收率在94.3%至108.4%之间，与HPLC验证结果一致。

引言

环境内分泌干扰化学物质已成为全球性的生态问题，其中己烯雌酚（DES）作为一种典型的合成雌激素，由于在畜牧业中的非法使用和在环境中的持久残留而具有显著风险[1,2]。通过食物链的生物放大作用，这些物质会在生物系统中引发严重的内分泌紊乱[3,4]。虽然传统的检测方法（如HPLC-MS[5]）具有高灵敏度，但它们对复杂仪器和专业操作人员的依赖限制了其在现场的应用。因此，亟需开发结合特定分子识别能力和可视化信号输出的新型传感平台，这是环境监测领域的一项重要进展。近年来，基于纳米酶的双模式传感系统因操作简便和成本效益而受到关注，其中过渡金属纳米颗粒的酶样催化特性能够实现信号放大[6, [7], [8], [9]]。He等人[10]开发了一种基于单Ce-MOF（UiO-66-NH2(Ce)）的非干扰双模式平台，通过价态工程实现了对α-葡萄糖苷酶活性的敏感检测。Hu等人[11]报道了一种基于Mn/Ce共掺杂碳点（Mn&Ce@CDs）的双模式传感器，用于检测酸性磷酸酶。然而，在复杂的环境基质中实现精确的目标捕获并有效抑制共存物质的干扰仍然是阻碍这些技术实际应用的根本挑战。

分子印迹技术（MIT）通过模拟生物“抗体-抗原”识别机制，实现了高度选择性的传感界面[12, [13], [14], [15]]。多巴胺（PDA）通过多巴胺自聚反应形成，由于其优异的界面粘附性和丰富的活性功能基团，成为理想的分子印迹网络支架[16,17]。受此启发，Bhogal等人[18]通过多巴胺自聚反应在荧光碳点上合成了β-雌二醇（β-E2）印迹层，实现了通过光诱导电子转移介导的荧光猝灭来特异性检测β-E2。同时，金属有机框架（MOFs）由于其高度有序的多孔结构和可调的表面化学性质，为稳定纳米酶提供了理想平台[19,20]。将分子识别能力与催化信号放大相结合，可以开发出具有集成识别、富集和检测功能的智能传感界面。这种协同效应不仅通过特异性结合增强了抗干扰能力，还通过表面印迹提高了催化剂的稳定性，为开发高灵敏度和选择性的检测平台奠定了理论基础[21]。

为了进一步提高传感器的抗干扰能力，聚合物膜在小分子分离方面具有明显优势，因为它们具有均匀的孔径分布和耐腐蚀性。聚偏二氟乙烯（PVDF）膜作为示例性基底材料，其出色的机械强度和化学稳定性为分子印迹层的固定提供了坚实的基础[22]。此外，PVDF多层结构中的均匀分布的多孔结构能够有效排除大分子干扰物。当与分子印迹技术结合使用时，这两种互补的物理化学机制共同增强了抗干扰能力[23,24]。

本研究开发了一种基于分子印迹纳米酶（PPZCM）的双模式传感器。通过将具有过氧化氢酶样活性的铜纳米颗粒（CuNPs）与能够特异性识别己烯雌酚（DES）的分子印迹膜结合，实现了对牛奶样品中DES的快速和高选择性检测。

材料与试剂

β-雌二醇（β-E2）和双酚A（BPA）购自Bide Pharma-tech Ltd.（上海，中国）。己烯雌酚（DES）、盐酸多巴胺（DA）、柠檬酸三钠和聚丙烯酸（PAA）由Aladdin Scientific Inc.（上海，中国）提供。Zn(NO₃)₃·6H₃O、Cu(NO₃)₂·3H₂O、NaBH₄、o-苯二胺（OPD）和2-甲基咪唑（2-MI）由Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd.（上海，中国）提供。聚偏二氟乙烯（PVDF）膜过滤器（0.45 μm）由...

PPZCM的合成与表征

扫描电子显微镜（SEM）分析显示了连续表面修饰过程中的形态演变。原始PVDF膜呈现出由直径约200 nm的纤维状结构组成的光滑致密结构（图1A）。通过种子法生长ZIF-8后，PPZ表面均匀覆盖了大量规则形状的多面体颗粒（图1B），这些颗粒的尺寸约为250 nm...

结论

总结来说，我们开发了一种基于分子印迹纳米酶的双模式比色-荧光传感平台，用于高灵敏度和选择性地检测己烯雌酚（DES）。该传感结构是通过在PVDF基底上精确控制ZIF-8框架的原位生长并沉积铜纳米颗粒（CuNPs）构建的，赋予了复合材料优异的过氧化物酶模拟活性。PDA分子印迹层的集成实现了对...

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了江苏省高等学校优先学术发展计划（PAPD）、国家自然科学基金（编号82273632）和江苏大学学生创新项目（2025年）的支持。