《Food Chemistry》：Bioinspired fluorinated zwitterionic peptide-based electrochemical biosensors for highly sensitive and antifouling detection of chloramphenicol in food samples
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•一种氟化两性离子肽模拟鲨鱼皮以抑制生物污损。•该生物传感器能够在无需前处理的情况下实现食品中氯霉素的超灵敏检测。•该框架能够实现痕量抗生素的可靠、无标记定量检测。•双重正交机制协同增强抗污性能。引言氯霉素（CAP）于1947年首次从委内瑞拉链霉菌中分离得到，是首个通过完全化学合
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一种氟化两性离子肽模拟鲨鱼皮以抑制生物污损。
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该生物传感器能够在无需前处理的情况下实现食品中氯霉素的超灵敏检测。
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该框架能够实现痕量抗生素的可靠、无标记定量检测。
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双重正交机制协同增强抗污性能。
引言
氯霉素（CAP）于1947年首次从委内瑞拉链霉菌中分离得到，是首个通过完全化学合成进行工业化生产的抗生素（Yao等，2024）。它对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌以及厌氧微生物具有广谱抗菌活性，历史上曾被用于治疗人类和食用动物中的细菌感染（Roushani等，2020）。然而，由于其明确记载的严重特异性毒性，包括不可逆性再生障碍性贫血和肝毒性，欧盟（EU）、美国及中华人民共和国等主要监管辖区已严格禁止其在食用动物中使用（Rizzo等，2020）。尽管有这些监管限制，牛奶及其他乳制品中仍偶尔检测到痕量氯霉素残留，可能归因于非法使用或环境污染（Forti等，2005）。因此，开发高灵敏度、高选择性和稳健的分析方法以准确定量食品基质中的氯霉素残留，仍是食品安全监测和法规合规的关键优先事项。
氯霉素已通过一系列分析技术进行定量，包括高效液相色谱法（郭晓春等，2017）、液相色谱-质谱联用法（谢等，2018）和化学发光法（周等，2019）。尽管这些方法具有高精度和高准确度，但它们通常受限于昂贵的仪器、繁琐的样品前处理和较长的分析时间（Zhang等，2022）。相比之下，电化学生物传感器因其固有优势，即快速响应动力学、极高的灵敏度、操作简便性以及相对较低的开发部署成本，在食品安全监测中具有广阔前景（Pu等，2024）。然而，电化学生物传感器在食品检测中的常规应用仍面临一个关键挑战：在高度复杂的食品基质中可靠检测超痕量水平的小分子分析物。具体而言，蛋白质、多糖和脂质等污损物可以吸附到传感器的生物识别界面上。这种污损既损害了适配体的结合效率，也影响了电极表面的电子传递动力学，从而对测定灵敏度、特异性、重现性和长期运行稳定性产生不利影响（Y. Li等，2023）。
将具有双重功能（即水化层致密化和静电排斥）的抗污材料整合到传感界面，构建稳健的物理化学屏障，已成为减轻非特异性吸附的高效策略（M. Niu等，2025；Wu等，2024）。在各类可用材料中，两性离子肽相较于两亲性肽展现出更优异的抗污性能，这主要归因于其净电荷中性和极高的水化能力（Ye等，2015）。两性离子肽由交替的阳离子和阴离子氨基酸残基组成——例如，赖氨酸（带正电，K）和谷氨酸（带负电，E）——因此保持整体电中性。这种平衡的电荷分布，加上显著的亲水性，能够实现极强且稳定的水化作用，促进形成致密、持久的水相屏障，有效抵抗与生物大分子（包括蛋白质和糖蛋白）的非特异性相互作用（Cui等，2024）。此外，其初级序列、二级结构倾向性和链长可以在固相合成过程中进行精确设计，从而合理优化抗污效能、界面稳定性和生物相容性（N. Liu等，2021）。值得注意的是，环状结构的两性离子肽进一步提高了生物传感器的特异性和信噪比，在复杂生物样品中的表现优于线性版本（Han等，2023；C. Li等，2021）。U形环状结构带来了多重性能提升：首先，环状构象消除了线性肽在界面固定化时容易发生的无序缠结和疏水塌陷。这确保了两性离子基团保持一致的向外排列，从而最大化水化层的位阻效应。其次，环状骨架的刚性约束使得低表面能的全氟基团能够均匀分布在疏水层外缘，实现“内部水化排斥”与“外部低能释放”的无缝协同。这一突破解决了传统氟化抗污材料中长期存在的悖论——氟化本质上会破坏水化层。在本研究中，实验验证证实，U形肽相较于其线性对应物表现出更优异的抗蛋白酶水解能力。
在海洋生态系统中，鲨鱼皮展现出卓越的抗污能力，有效抑制藤壶、管虫和海葵等固着海洋生物的附着和粘附。这一特性源于层级结构—生化协同作用：超亲水的真皮齿突（由矿化胶原结构组成）和覆盖其上、具有低表面能的黏液层，共同构建了抗生物污损的双重机制防御（Yu等，2025）。具体而言，真皮齿突通过水化驱动的排斥作用阻碍微生物的初始附着，而黏液层在水动力剪切条件下促进松散附着生物体的被动释放（H. Guo等，2025；C. Liu等，2024）。氟的高电负性使C
F键的键能高于C
H键，从而能够有效降低聚合物表面能（B. Yang等，2023）。在此，氟化化合物本质上具有低表面能，能够有效抑制蛋白质、有机生物分子和疏水性油脂的非特异性吸附。通过将氟化基团引入肽序列，我们构建了一个明确的两亲性界面：氟化侧链赋予界面低表面能，而肽骨架提供强大的水化能力和超亲水性，从而仿生再现了源自鲨鱼皮表面结构和化学组成的协同抗污机制。受这一自然设计原理的启发，我们设计了一种合成肽，将可控的超亲水性与可调的低表面能相结合，从而实现均衡且稳健的抗污性能。
为提高检测灵敏度，在传感器制备过程中引入氧化石墨烯（GO），其具有高比表面积、良好的生物相容性、快速电子传递和强生物分子亲和力（Getachew等，2020）。其环氧基、羟基和羧基基团确保了亲水性和稳定的水分散性，适用于生物和化学应用（McCreery，2008）。将GO与导电聚合物或金属纳米颗粒结合可增强其导电性，拓宽其在电化学传感和储能领域的应用（A. L. Borges等，2019）。聚(3,4-乙撑二氧噻吩)（PEDOT）作为一种广泛使用的导电聚合物，可通过简单的水溶液电聚合与GO轻易杂化（Ko等，2021）。在此，植酸（PA）带有六个磷酸基团，作为亲水性修饰剂。通过配位驱动的金属桥接组装，我们构建了同时具有高亲水性和优异导电性的PA/GO/PEDOT基底。
开发了一种基于U形两性离子肽（UZP）和全氟羧酸（PFCA）协同抗污策略的电化学生物传感器，用于高灵敏度、高选择性和准确地检测食品基质中的氯霉素。如方案1所示，将PA/GO掺杂的PEDOT复合物和金纳米颗粒（AuNPs）依次电沉积到玻碳电极上，构建高导电性的纳米结构界面，为UZP固定化提供丰富的锚定位点。随后，通过酰胺键形成，将PFCA和氯霉素特异性适配体以逐步方式共价偶联到UZPs上。所得的氟化肽（FUZP）形成致密、稳定的水化壳层，产生显著的位阻效应并提高界面能垒，有效抑制污损物的非特异性吸附和扩散。同时，PFCA层的超低表面能促进弱粘附污染物的被动释放。这种正交双机制设计（水化驱动排斥和低能介导释放）协同增强抗污效能。在真实样品条件下，该生物传感器实现了氯霉素的可靠定量，且来自复杂食品基质的信号干扰可忽略不计。
章节片段
材料与试剂
氯霉素特异性适配体（5′-ACT TCA GTG AGT TGT CCC ACG GTC GGC GAG TCG GTG GTA G-3′；5′-羧基修饰）购自生工生物工程（上海）股份有限公司。氯金酸（HAuCl?）、3,4-乙撑二氧噻吩（EDOT）、植酸（PA）、二水合磷酸二氢钠（NaH?PO?·2H?O）、铁氰化钾（K?[Fe(CN)?]）、亚铁氰化钾（K?[Fe(CN)?]）、氯霉素、五氟丙酸（PFPA）、七氟丁酸（HFBA）、全氟戊酸（PFPeA）和全氟己酸
生物传感器的表征
为系统表征电化学生物传感器的逐步构建过程，在含有5.0 mM [Fe(CN)?]3?/4?和0.1 M KCl的支持电解质溶液中进行了循环伏安法（CV）和恒电流充电法（CC）测试。如图S2A所示，各电极界面的CV响应在连续修饰阶段表现出不同的电化学行为。裸玻碳电极（曲线a）表现出最低的氧化还原峰电流和最大的峰分离，表明电子传递动力学缓慢，并且
结论
本研究开发了抗污电化学生物传感器的合理设计与构建，用于无需大量样品前处理即可特异性地超灵敏检测牛乳和蜂蜜中的氯霉素。设计了一种接枝PFCA的U形两性离子肽，能够独立优化水化层和低表面能层。受鲨鱼皮双重防御结构的启发，我们构建了FUZP，同时整合了
CRediT作者贡献声明
左雅璇：初稿撰写、可视化、验证、数据管理。 孙璐雨：正式分析、数据管理、概念化。 李月茹：调查研究、正式分析。 惠妮：审稿与编辑、监督、资源、调查研究。 王佳盛：审稿与编辑、资源、数据管理、概念化。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在已知的、可能影响本论文所报告工作的相互竞争经济利益或个人关系。
致谢
本工作得到了山东省自然科学基金（ZR2022MB069）和青岛农业大学研究生创新计划项目的资助。
左雅璇|孙璐雨|李月茹|惠妮|王佳盛
