无线便携式智能纳米传感器实现鱼制品中呋喃唑酮的无预处理、抗干扰实时现场检测

为解决食品中禁用的硝基呋喃类抗生素呋喃唑酮（FZD）残留检测的复杂性和现场应用难题，浙江大学团队开发了一种基于介孔硅膜微电极（MSFM）的无线便携式智能纳米传感器（WPIS）。该传感器通过尺寸排阻、静电排斥和纳米限域效应实现高选择性检测，无需样品预处理即可在鱼制品中直接检测0.05034 μmol/L的FZD，线性范围0.1-100.0 μmol/L，并具备优异的抗生物污染能力（RSD 4.50%）和15天稳定性。研究成果发表于《LWT》，为复杂食品基质的现场快速检测提供了创新解决方案。

　　

在食品安全领域，硝基呋喃类抗生素呋喃唑酮（FZD）因其致癌性和毒性已被欧盟、中国等40多个国家明令禁止用于食用动物。然而，由于其抗菌谱广、成本低廉，FZD在发展中国家仍被非法使用，并通过食物链在人体内蓄积，引发免疫病理损伤和器官毒性。传统检测方法如高效液相色谱（HPLC）和质谱（LC-MS）虽准确度高，但依赖大型仪器和复杂前处理，难以满足资源有限地区的现场检测需求。电化学传感技术虽具快速响应优势，却受限于复杂食品基质（如蛋白质、脂质）的干扰和笨重的设备。

针对这一挑战，浙江大学生物系统工程与食品科学学院的研究团队开发了一种无线便携式智能纳米传感器（WPIS），通过介孔硅膜微电极（MSFM）的创新设计，实现了鱼制品中FZD的无预处理、抗干扰实时检测。该成果发表于《LWT》，为食品安全监测提供了突破性工具。

关键技术方法

研究团队采用光刻和湿法蚀刻技术将传统三电极系统集成到硅基板上，构建平面微电极；通过改良的St?ber溶液生长法在氧化铟锡（ITO）表面制备含CTAB胶束的介孔硅膜（MSCF），并优化碱性处理（5 mol/L NaOH，3分钟）实现纳米孔道的区域化精准修饰；结合丝网印刷银参比电极和蓝牙智能手机交互模块，完成WPIS的系统集成。实际样本检测采用市售鱼肉匀浆，直接进行差分脉冲伏安法（DPV）分析。

研究结果

3.1 MSF/ITO的表征

扫描电镜（SEM）显示介孔硅膜厚度约110 nm，接触角测试表明去除CTAB后亲水性显著增强（8.9°）。X射线光电子能谱（XPS）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实硅氧键（Si-O-Si）成功修饰，为后续选择性检测奠定基础。

3.2 纳米孔道的精准修饰与电化学特性

循环伏安（CV）测试表明，MSF对带正电的Ru(NH₃)₆³⁺具有选择性透过能力，而对Fe(CN)₆^3?产生静电排斥，验证了孔道的电荷选择性。通过5 mol/L NaOH局部去除非工作区纳米孔，避免了信号干扰。

3.3 MSFM的优化

在pH=5的醋酸缓冲液中，MSFM对FZD的还原峰电流达到最大值，遵循四电子四质子转移机制（Ep=-0.05582pH-0.3801）。扫速实验证实反应受扩散控制（Ip=53.14V^1/2-2.111），且无需富集步骤即可实现快速检测。

3.4 MSFM对FZD的检测性能

DPV法在0.1-100 μmol/L范围内呈现优异线性（R²=0.9985），检测限0.361 μmol/L。重复性和重现性测试RSD分别为4.50%和0.023%，15天内信号保持86%以上稳定性。

3.5 实际样品中的抗干扰性能

在未处理的鱼肉匀浆中，MSFM仍能检测0.35 μmol/L的FZD（线性方程Ip=0.0573C+0.13539）。庆大霉素、葡萄糖等干扰物对信号影响可忽略，得益于纳米孔道的尺寸排阻和亲水作用。

3.6 WPIS的现场检测能力

集成智能手机的WPIS将检测限进一步降至0.05034 μmol/L（Ip=68.50C+0.4771），且可通过蓝牙实时显示结果，显著优于传统电化学工作站。

结论与意义

该研究通过MSFM的多重筛分机制（尺寸排阻、静电作用、纳米限域），首次实现了复杂食品基质中FZD的直接现场检测。WPIS的微型化设计（仅需9 μL样品）和15天稳定性，使其特别适合市场监管和资源匮乏地区应用。未来通过扩展验证更多食品基质和环境样本，该系统有望成为食品安全监测的通用平台。研究团队指出，该方法可进一步适配其他兽药残留检测，推动实验室技术向现场应用的转化。