基于ZIF-8@CuNCs荧光纳米酶的双模式传感平台用于高效检测杀螟硫磷

针对有机磷农药残留检测中传统方法复杂昂贵、稳定性差的问题，吉林大学研究团队开发了一种兼具水解酶活性和荧光特性的ZIF-8@CuNCs纳米酶。该材料通过封装铜纳米簇(CuNCs)于沸石咪唑框架(ZIF-8)中，显著提升稳定性并实现杀螟硫磷(Fen)水解，基于产物显色与荧光猝灭效应构建了双模式传感平台，检测限低至1.67 μg/mL，为环境监测提供了简便高效的解决方案。

　　

【研究背景】
有机磷农药杀螟硫磷(Fenitrothion)在农业生产中广泛使用，但其环境残留会通过水体污染威胁生态系统和人类健康。传统检测方法如高效液相色谱(HPLC)和质谱(GC-MS)虽准确但设备昂贵、操作复杂。近年来，纳米酶因其类酶活性和稳定性成为检测新宠，但现有研究多聚焦过氧化物酶或漆酶模拟活性，而具有有机磷水解酶(OPH)活性的荧光纳米酶尚未见报道。更关键的是，铜纳米簇(CuNCs)作为荧光探针存在储存稳定性差的瓶颈。

【研究突破】
吉林大学食品科学与工程学院的研究团队创新性地将CuNCs封装于具有OPH样活性的ZIF-8框架中，构建了ZIF-8@CuNCs复合纳米酶。该材料不仅解决了CuNCs荧光不稳定的难题，还能水解杀螟硫磷产生黄色产物3-甲基-对硝基苯酚，通过电子转移猝灭荧光，从而建立比色-荧光双模式检测平台。相关成果发表于《Sensors and Actuators B: Chemical》。

【关键技术】
研究采用水热法合成ZIF-8@CuNCs，通过扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)验证其十二面体结构；紫外光谱和荧光光谱表征光学性质；利用4-硝基苯磷酸酯(p-NPP)水解实验评估类酶活性；实际水样检测验证抗干扰能力。

【研究结果】

1. 材料表征：TEM显示CuNCs均匀分布于ZIF-8孔道中，粒径约2 nm，X射线光电子能谱(XPS)证实Cu⁺/Cu⁰共存状态。
2. 性能优化：ZIF-8封装使CuNCs荧光量子产率提升3.8倍，4℃储存30天强度保持90%。
3. 类酶活性：在最适pH 7.5和40℃条件下，水解速率常数(K_cat)达4.7×10³ min^-1。
4. 检测性能：杀螟硫磷浓度在0.5-50 μg/mL区间与荧光猝灭效率(F/F₀)和405 nm吸光度呈线性关系，湖水样本加标回收率98.2-103.5%。

【结论与意义】
该研究首次将MOF的OPH样活性与荧光特性结合，创建的双模式检测方法兼具设备简便（仅需紫外灯或酶标仪）和高灵敏度（LOD 1.67 μg/mL）的优势。相较于电化学传感器或天然酶法，ZIF-8@CuNCs纳米酶成本降低80%，且能耐受复杂基质干扰。这项工作为环境污染物检测提供了"纳米酶设计-活性调控-多信号输出"的全新研究范式，在食品安全监测领域具有重要应用前景。