多配体修饰PQDs@SA-CMC水凝胶荧光传感器与智能手机联用技术实现水体中土霉素的特异性检测

【编辑推荐】针对钙钛矿量子点(PQDs)水稳定性差、靶标识别能力不足及现场检测受限等问题，研究团队通过乙二胺四乙酸(EDTA)和3-氨基苯硼酸(APBA)多配体修饰策略，将PQDs嵌入海藻酸钠-羧甲基纤维素(SA-CMC)水凝胶，构建了新型PQDs@SA-CMC荧光传感器。该传感器通过硼酸亲和机制特异性识别土霉素(OTC)，检测限达0.771 μM，并开发了基于智能手机灰度分析的现场检测方法(5.0-40 μM)，为复杂环境中污染物检测提供了创新解决方案。

　　

抗生素污染已成为全球性环境问题，土霉素(Oxytetracycline, OTC)作为四环素类抗生素的典型代表，在畜牧养殖和水产领域的过度使用导致其在环境中持续累积，不仅诱发耐药菌株产生，更通过食物链威胁人类健康。传统检测方法如免疫分析、电化学技术等存在设备昂贵、操作复杂等缺陷，而具有优异荧光性能的钙钛矿量子点(Perovskite Quantum Dots, PQDs)又面临水环境稳定性差、靶标识别特异性不足的瓶颈。如何实现高灵敏、高选择性的现场快速检测，成为环境监测领域的迫切需求。

针对这一挑战，长安大学水资源与环境学院的研究团队创新性地将多配体修饰策略与智能材料相结合，在《Sensors and Actuators B: Chemical》发表了突破性研究成果。该工作通过乙二胺四乙酸(EDTA)和3-氨基苯硼酸(3-aminophenylboronic acid, APBA)双重修饰PQDs，利用EDTA的金属螯合作用稳定PQDs晶体结构，同时通过APBA的硼酸基团与OTC的顺式二醇结构特异性结合，实现了"稳定化"与"识别功能"的协同优化。更巧妙的是，团队将修饰后的PQDs封装于海藻酸钠-羧甲基纤维素(Sodium Alginate-Carboxymethyl Cellulose, SA-CMC)复合水凝胶中，利用水凝胶的三维网络结构进一步保护PQDs，并赋予材料可塑性和便携性。

关键技术方法包括：1) 水乳液法制备全氟己基甲基丙烯酸酯(HFBMA)包覆的PQDs；2) EDTA与APBA顺序修饰构建B/E-PQDs；3) 离子交联法制备SA-CMC水凝胶复合材料；4) 智能手机图像灰度分析算法开发。通过光诱导电子转移(Photoinduced Electron Transfer, PET)机制，OTC可特异性淬灭PQDs荧光，实现1.2-40 μM线性检测。

【合成与优化】通过正交实验确定最佳修饰比例：EDTA与Pb²⁺摩尔比1:2时，荧光量子产率提升至68.3%；APBA浓度0.5 mM时，硼酸亲和效率达峰值。SA与CMC质量比3:1形成的水凝胶具有最优机械强度和溶胀性能。

【传感机制】紫外-可见吸收光谱和荧光寿命分析证实，OTC的酚羟基与PQDs导带之间存在电子转移路径，稳态荧光淬灭常数达1.24×10⁴ M^-1，验证了PET主导的淬灭机制。

【智能手机检测】基于Android系统开发的图像处理APP，通过RGB通道分离提取G通道灰度值，建立5.0-40 μM线性关系(R²=0.992)，实际水样加标回收率98.2%-103.7%。

该研究首次实现PQDs荧光传感器从纳米尺度到宏观器件的跨越，通过"配体修饰-水凝胶封装-智能终端"三级创新，解决了传统检测方法稳定性差、设备依赖性强等痛点。特别值得注意的是，硼酸亲和策略为抗生素检测提供了新的分子识别思路，而SA-CMC复合基质的设计为其他环境敏感型纳米材料的实际应用提供了范本。这项工作不仅推动了荧光传感技术在环境监测领域的实用化进程，更为耐药基因传播的早期预警提供了技术支撑，具有重要的科学价值和社会意义。