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为解决磺胺二甲嘧啶(SLD)残留检测问题,研究人员开展了以双金属 Cu/Ni-MOF 修饰碳糊电极,利用差分脉冲伏安法(DPV)测定 SLD 的研究。结果显示该方法线性范围宽、检测限低,能在多种基质中检测 SLD,对遏制抗生素滥用有重要意义。
在畜牧业蓬勃发展的当下,抗生素的使用日益广泛。其中,磺胺类药物作为常用的兽用抗生素,虽能有效防治动物疾病,但长期食用含有磺胺残留的食品,会对人体健康造成危害,比如磺胺二甲嘧啶(SLD)就可能引发造血系统损伤甚至癌症风险。因此,精准检测食品和动物样本中的 SLD 至关重要。为了实现这一目标,来自 Ahram Canadian University 和 Cairo University 的研究人员展开了深入研究,相关成果发表在《BMC Chemistry》上。
研究人员用到的主要关键技术方法有:一是采用溶剂热法制备双金属 Cu/Ni-MOF,并对其进行结构和形貌表征,如利用 X 射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)等技术;二是构建修饰碳糊电极(CPE),并运用差分脉冲伏安法(DPV)和循环伏安法(CV)进行电化学检测;三是通过多种评估指标,如 RGB 模型、Complex GAPI、AGREE 和 BAGI 等,对分析方法的可持续性进行综合评价 。
研究结果如下:
- MOF 材料特性:以均苯三甲酸(TMA)为有机连接体成功制备了 3D 结构的双金属 Cu/Ni-MOF。TMA 独特的化学结构使其能与金属离子形成稳定且多孔的结构,为 SLD 的检测提供了良好的平台。通过 SEM、EDX、XPS 和 FT-IR 等技术对其结构和组成进行表征,结果显示该 MOF 具有预期的结构和成分,且铜、镍离子成功掺入,存在多种化学键和官能团,为后续的电化学检测奠定基础。
- 电化学性能优化:研究了缓冲液种类、pH 值、扫描速率以及 Cu/Ni-MOF 比例等因素对传感器性能的影响。发现 pH 5.5 的磷酸盐缓冲液(PBS)能使传感器对 SLD 产生最敏感的响应。扫描速率实验表明,阳极反应是受扩散控制且具有一定吸附特征的过程。综合评估确定石墨与 Cu/Ni-MOF 比例为 19:1 时,传感器性能最佳。
- 分析性能评估:该传感器检测 SLD 的线性范围为 100 nM 至 100,000 nM,检测限(LOD)为 20 nM,定量限(LOQ)为 60 nM,能有效检测低于血浆、牛奶和鸡蛋中最大残留限量(MRL)的 SLD。方法验证结果显示,其准确性高(回收率达 99.94 ± 0.74),精密度良好(日内 RSD 为 0.29%,日间 RSD 为 0.51%) 。
- 实际应用检测:在兽医配方、动物血浆、牛奶和鸡蛋等多种样品中成功检测 SLD,且回收率令人满意。例如在 Sulphadimidine Injection B.P.2011? 和 Sulphastat? powder 中,检测回收率分别达到 99.83% - 100.30% 和 100.06% - 101.25%。在动物血浆、鸡蛋和牛奶中的检测也表现出色,证明该传感器适用于实际样品中 SLD 的检测。
- 选择性和重复性评估:该传感器对 SLD 具有高选择性,与结构相似的其他磺胺类药物交叉反应极小,在复杂生物基质中也能稳定检测 SLD。同时,传感器具有良好的重复性,电极间 RSD 小于 2%,日内和日间测量的 RSD 分别为 0.29% 和 0.51%,长期稳定性良好,50 天后灵敏度仅损失 8.97%。
- 可持续性评估:通过 RGB 模型等多种评估工具对分析方法进行可持续性评估,结果显示该方法在分析性能(红色类别)、绿色性(绿色类别)和实用性(蓝色类别)方面均表现优异,综合得分高,表明其是一种可持续的分析方法。
研究结论和讨论部分指出,本研究首次成功制备了用于灵敏检测 SLD 的双金属 NiCu-MOF/CPE 传感器。该传感器凭借 MOF 的多孔结构、镍铜的协同效应以及双金属特性,展现出卓越的催化活性和电化学性能,能够在纳克级别检测 SLD。在实际应用中,可有效检测多种样品中的 SLD,覆盖多个药物基质的 MRLs,对控制动物养殖场中抗生素的使用具有重要意义。此外,该方法绿色环保、操作简便,且修饰的 MOF 传感器有望集成到小型便携式系统中用于现场检测,为即时诊断(point-of-care diagnostics)提供了可能,在生命科学和健康医学领域具有广阔的应用前景。