Fe-CuO双金属氧化物纳米酶比色传感技术：四环素高灵敏度检测的理论与实验研究

本研究创新性地构建了基于Fe-CuO双金属纳米酶的竞争性比色传感平台，通过密度泛函理论（DFT）验证了四环素（TC）对羟基自由基（·OH）的优先捕获机制。该传感器在1-1000 nM范围内呈现优异线性响应，检测限低至0.274 nM，为乳品（H2O2激活体系）和饮用水中的抗生素残留监测提供了高灵敏度、低设备需求的解决方案。

　　

Highlight

本研究开发了基于Fe-CuO纳米酶的比色传感器，用于牛奶和水中四环素（TC）的高灵敏检测。该传感器具有以下突出优势：（i）铁掺杂使CuO的过氧化物酶（POD）样活性提升98.08倍；（ii）通过竞争机制，TC高效捕获Fe-CuO催化H₂O₂产生的·OH，抑制显色底物TMB氧化为oxTMB；（iii）密度泛函理论（DFT）计算显示TC的最高占据分子轨道（HOMO）能级（-2.60 V）低于TMB（-2.53 V），证实·OH优先氧化TC的分子机制。

Materials and Instruments

实验采用FeCl₂·4H₂O、CuCl₂·2H₂O等试剂（上海麦克林生化公司），使用透射电镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）表征纳米酶形貌。

Characterization of Fe-CuO nanozymes

如图1A所示，Fe-CuO纳米酶呈现超薄片状结构，铁掺杂显著提升其催化活性。XPS分析证实Fe³⁺/Cu²⁺间的电子转移增强了·OH生成效率。

Conclusion

该传感器在1-1000 nM范围内呈现线性响应，检测限达0.274 nM，具备抗干扰能力强、无需复杂设备的优势，为环境监测和食品安全领域提供创新工具。