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为解决食品中抗生素（如 TCs、MMT）和农药（如 TEB）残留的高效检测难题，研究人员以 Zn2?和 UO?2?为金属中心合成三种异金属铀有机框架（UOFs）。发现化合物 3 通过荧光淬灭或增强效应实现选择性检测，结合智能手机平台实现食品样本现场检测，为食品安全监控提供新方案。
食品中的隐形威胁：抗生素与农药残留检测的新突破
民以食为天，食以安为先。在现代农业与畜牧业蓬勃发展的背后，抗生素与农药的过度使用如同潜伏在食物链中的 “隐形杀手”。四环素类抗生素（TCs）因广谱抗菌性和低成本，被广泛用于畜禽养殖，但其残留不仅可能引发人体恶心、呕吐等消化道反应，还会破坏微生物生态平衡，催生耐药性细菌（Chopra & Roberts, 2001）。而甲硝唑（MMT）、戊唑醇（TEB）等有机农药，虽能延长农产品货架期，却可能通过长期积累导致肝肾损伤、过敏反应等健康风险（Agache et al., 2024）。然而，传统检测方法往往面临设备笨重、操作复杂、多残留同步检测能力不足等瓶颈，开发一种快速、便携且高灵敏度的检测技术，成为保障食品安全的迫切需求。
为攻克这一难题，宁波大学的研究人员开展了一项具有创新性的研究。他们以铀酰离子（UO?2?）和锌离子（Zn2?）为金属中心，3 - 硝基邻苯二甲酸（H?npa）和 5,5′- 二甲基 - 2,2′- 联吡啶（5,5′-dmbpy）为配体，通过溶剂热条件下调控反应时间，成功合成了三种异金属铀有机框架（UOFs）：[Zn (5,5′-dmbpy)?]?[(UO?)?O?(npa)?]（1）、[Zn (5,5′-dmbpy)?(H?O)?]?[(UO?)?(npa)?]?2H?O（2）和 [Zn (UO?)(5,5′-dmbpy)(npa)?(H?O)]?H?O（3），并首次观察到两步溶解 - 重结晶结构转变（DRST）过程。该研究成果发表在国际期刊《Food Chemistry》上，为食品污染物检测开辟了新路径。
关键技术方法
研究主要采用以下技术手段：①单晶 X 射线衍射分析晶体结构，确定化合物 1-3 的空间群及金属中心配位环境；②红外光谱（IR）和粉末 X 射线衍射（PXRD）验证 DRST 过程中的结构变化；③荧光光谱分析化合物 3 对 TCs、MMT 和 TEB 的响应机制；④构建智能手机集成检测平台，通过图像采集与数据分析实现食品样本中目标物的可视化定量检测。实验选取猪肉、虾肉、蜂蜜、牛奶等 12 种常见食品作为检测样本，确保方法的实际应用价值。
研究结果
异金属 UOFs 的合成与结构演变
通过调控反应时间（6-48 小时），观察到三种 UOFs 的分步形成。反应初期（6 小时）生成化合物 1，其晶体结构显示四核铀酰中心由两个配位环境不同的 U 原子（U1 呈五角双锥几何构型，U2 为六角双锥）通过桥联配体连接。随着反应时间延长至 24 小时，发生第一步 DRST 过程，溶解后重结晶形成化合物 2，其结构中铀酰单元缩合为双核结构，并引入水分子配位。反应 48 小时后，通过第二步 DRST 生成化合物 3，铀锌异金属中心以 1:1 比例形成单核配合物，展现出独特的荧光响应特性。
化合物 3 的荧光传感性能
荧光光谱显示，化合物 3 对 TCs（如四环素、金霉素）和 MMT 表现出显著的荧光淬灭效应，对 TEB 则呈现荧光增强现象。机制研究表明，TCs 和 MMT 通过氢键或 π-π 堆积作用与化合物 3 的配体结合，抑制配体到铀酰的能量转移，导致荧光淬灭；而 TEB 的加入破坏了配合物中的氢键网络，释放出游离配体，使其荧光发射增强。该探针检测限（LOD）分别为 TCs 2.385 μM、MMT 1.465 μM、TEB 0.872 μM，显示出高灵敏度。
智能手机平台的实际应用
将化合物 3 制成便携式荧光试纸，结合智能手机摄像头和自研图像分析 APP，构建现场检测系统。在加标食品样本检测中，猪肉、草莓、牛奶等样本的回收率达 92.3%-105.6%，相对标准偏差（RSD）小于 5.2%，验证了方法的准确性和可靠性。该平台通过颜色梯度变化实现可视化定性判断，同时通过荧光强度数据拟合实现定量分析，操作流程可在 30 分钟内完成，显著优于传统实验室检测。
研究结论与意义
本研究首次将异金属铀有机框架（UOFs）应用于食品中多类污染物的同步检测，通过反应时间调控揭示了两步 DRST 结构转变机制，为功能型 MOF 材料的设计提供了新策略。化合物 3 作为多功能荧光探针，凭借其独特的荧光响应机制，实现了对抗生素和农药的高选择性识别，结合智能手机平台构建的便携式检测系统，兼具快速、低成本、易操作等优势，有望在食品生产、流通环节的现场筛查中发挥重要作用，为保障全球食品安全提供了一种 “中国方案”。此外，铀酰基 MOFs 的荧光稳定性和长寿命特性，为开发新型光功能材料开辟了新方向，其在环境监测、生物传感等领域的潜在应用值得进一步探索。
