氨基官能化的逆向蛋白石光子晶体，用于高效富集及超灵敏检测氟喹诺酮类抗生素（通过超高效液相色谱-质谱联用技术实现）

《Microchemical Journal》：Amino-functionalized inverse opal photonic crystals for effective enrichment and ultrasensitive detection of fluoroquinolone antibiotics by UHPLC-MS/MS

【字体：大中小】 时间：2026年10月19日 来源：Microchemical Journal 5.2

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　　 • 制备了NH2-修饰的光子晶体（IOPCs），并将其用作富集氟喹诺酮类（FQs）的新吸附剂。 •

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制备了NH₂-修饰的光子晶体（IOPCs），并将其用作富集氟喹诺酮类（FQs）的新吸附剂。
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分级多孔结构和较高的NH₂亲和力使其具有优异的吸附性能。
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基于SPE-UHPLC-MS/MS方法建立了可靠的FQs分析策略。
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该策略已成功应用于环境水样中FQs的检测。

引言

抗生素是重要的抑菌或杀菌剂，可减少由病原菌和寄生虫引起的生物死亡[1]。由于其高效的抑菌作用，它们被广泛应用于农业、水产养殖、人类医学和畜牧业[2]。氟喹诺酮类（FQs）因具有广谱抗菌活性、与其他抗生素无交叉耐药性及低毒性而成为使用最广泛的抗生素之一[3]。然而，FQs在生物体内的代谢效率较低，约5–90%的给药剂量会以代谢物或原形化合物的形式排出[4]。因此，大量FQs可能通过废水排放和水产养殖活动进入水生系统，并容易吸附在矿物质和有机物质上[5][6]。迄今为止，已在废水、地表水、地下水、饮用水以及土壤和河床沉积物中检测到FQs[7]。研究表明，某些FQs可在地表水和沉积物中持续存在数月[4]。残留的抗生素最终可能通过食物链进入人体[8]。长期接触抗生素会导致生殖系统损伤、过敏反应、突变性和致癌性。目前，抗生素已被归类为新兴的持久性有机污染物。O'Neill等人预测，到2050年，抗菌素耐药性可能导致超过1000万人死亡[9]。鉴于其毒性和负面影响，许多国家已对抗生素制定了严格的最大残留限量（MRLs）[10][11]。因此，开发灵敏可靠的检测环境样品中氟喹诺酮类抗生素的方法对于保护人类健康和生态环境至关重要。

目前，已开发出多种检测抗生素的方法，包括微生物法[12]、免疫测定法[13]、色谱法[14]、质谱法[15]和传感器技术[16][17]。由于液相色谱-质谱（LC-MS）具有高灵敏度、良好的抗干扰能力和出色的定量性能，已成为最受欢迎的分析方法，并被监管机构确定为标准检测方法[18]。然而，由于环境样品中的复杂基质干扰和抗生素残留量较低，有效的样品预处理（如富集和纯化）是分析前的必要步骤[19][20]。固相萃取（SPE）是一种常用的FQs富集方法。迄今已开发出多种吸附材料，它们在环境样品中对FQs表现出优异的吸附性能，例如共价有机框架（COFs）[21]、金属有机框架（MOFs）[22]和分子印迹聚合物（MIPs）[23]。然而，这些材料的萃取效率往往受到固有限制的影响，包括在水基质中的稳定性较差、活性位点访问受限以及传质效率低下。

相比之下，逆(opal)光子晶体（IOPCs）作为分层多孔硅基材料，因其三维有序的多孔结构、高度互联的孔网络和灵活的孔径而具有很好的应用前景[24]。坚固的硅骨架赋予IOPCs优异的化学稳定性，提高了其重复使用性。有序的多孔结构有助于目标分子在孔道内的快速扩散和吸附。此外，高比表面积为分子功能化提供了丰富的结合位点，合适的孔径有助于提高目标分子的富集效率。基于这些特性，IOPCs作为分析应用的功能平台引起了广泛关注。Wang等人使用三维有序的大孔磁性IOPCs作为支撑材料，合成了分子印迹聚合物，实现了对黄曲霉素B-1的选择性识别[25]。Li等人制备了磁性分子印迹逆(opal)光子晶体微球（MIP@MIPCMs），用于从谷物样品中高效富集赭曲霉素A[26]。尽管IOPCs本身具有富集能力，但对其进行进一步的功能修饰有助于提高FQs的富集效率。据我们所知，利用IOPCs进行抗生素的富集和检测仍然是一个未充分探索的领域，为未来的研究提供了有前景的方向。本研究制备了NH₂修饰的IOPCs，用作六种FQs的吸附剂。IOPCs的三维有序互联多孔结构以及FQs与NH₂之间的强亲和力提高了富集效率。结合UHPLC-MS/MS方法，建立了一种可行的FQs检测策略。一系列表征技术证实了NH₂在IOPCs上的成功接枝。通过综合考虑吸附剂用量、吸附时间、洗脱溶剂和脱附时间等关键实验参数，优化了FQs检测的效果。此外，通过模拟计算研究了FQs在IOPCs上的富集机制。在最优条件下，探讨了该分析策略的有效性和重复使用性，并用其检测了环境水样中的残留FQs。

章节片段

化学品和试剂

SiO₂纳米颗粒（30 wt%，10 nm）购自上海盈成新材料有限公司（中国上海）。甲酸（FA）、3-氨基丙基三乙醇硅烷（APTES）、氢氧化钠（NaOH）和苯乙烯由Aladdin Chemistry Technology有限公司（中国上海）提供。过氧化氢（H₂O₂）、硫酸（H₂SO₄、甲苯、山梨醇单油酸酯（Span 80）、正己烷、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、过硫酸钾（K₂S₂O₈）和无水乙醇由Macklin公司提供。

表征

通过SEM和SEM-EDS映射对合成PS微球和IOPCs进行了表征（图1）。如图1a所示，PS微球呈均匀球形，平均粒径约为280 nm。这种均匀的微球结构有利于自组装成高度有序的光子晶体。图1b显示了IOPCs微球的光滑表面，其直径在微米级别。O的均匀分布...

结论

总之，成功建立了一种灵敏可靠的检测策略，用于六种FQs的富集和检测。开发了环保的NH₂-IOPCs并将其用作FQs的吸附剂。NH₂-IOPCs具有显著的优势，包括快速的吸附/脱附能力（吸附5分钟，脱附7分钟）、出色的再生能力（超过10次吸附-脱附循环）和高的富集效率，这归因于其三维有序结构...

作者贡献声明

Yake Luo：撰写初稿、方法论设计、数据分析、概念构建。 Luyang Zhang：方法论设计、实验研究。 Xiaofan Zhao：实验研究、数据分析。 Wuduo Zhao：撰写、编辑、资金获取、概念构建。 Shanshan Ma：数据整理、实验研究、数据分析。 Bo Sui：数据管理、概念构建。 Pengfei Yang：撰写、编辑。 Duobin Mao：项目管理、资金获取。 Qiang Liu：资源协调、概念构建。