基于深共晶溶剂的磁性分子印迹法在动物源性食品中测定二甲吡嗪的应用开发

《Microchemical Journal》：Development of a deep eutectic solvent-based magnetic molecularly imprinted method for the determination of dimetridazole in animal-derived foods

　　

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  三元DES（TDES）成功替代了有毒有机溶剂，促进了绿色发展。
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  作为磁性载体，TDES-MMIP表现出超顺磁性，简化了分离过程。
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  TDES-MMIP具有优异的选择性、吸附和脱附性能。
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  填充了TDES-MMIP的SPE柱适用于食品基质中DMZ的检测。

引言

在畜牧业中过度和不恰当地使用抗生素可能会对生态系统产生毒性影响[1]、[2]。二甲硝唑（DMZ）可用于治疗由厌氧菌和原生动物引起的感染[3]，在兽医临床治疗中被允许使用。然而，由于其致癌性、致畸性、诱变性和遗传毒性[4]、[5]，许多国家和地区（如欧盟、美国和中国）限制或禁止在食品动物中使用硝基咪唑类药物（以DMZ为代表）及其代谢物。在畜牧业过程中，对其使用有严格限制，并且不能在动物源性食品中检出[6]。在实际的家禽养殖过程中，DMZ被大量添加到饲料中，导致其在动物体内残留，可能通过食物链危害人类健康并污染环境[7]。关于DMZ的传统检测方法，高效液相色谱（HPLC）技术因仪器普及性和定量准确性较高而被广泛采用，但该技术存在预处理繁琐、有机溶剂消耗量大以及基体干扰严重的问题[8]。HPLC-MS方法灵敏度和定性准确性较高，但仪器成本高昂、预处理耗时且操作要求严格，限制了其应用[9]。气相色谱/质谱（GC/GC–MS）方法需要对DMZ进行衍生化处理，而DMZ的热稳定性较差，导致操作复杂且可能存在目标化合物损失[10]。尽管酶联免疫吸附测定法（ELISA）能够实现快速筛查，但其交叉反应严重且假阳性率较高[11]。总体而言，传统检测技术普遍存在有机溶剂污染、预处理复杂、选择性不足和操作费力等缺点。因此，建立一种快速高效的检测方法来监测水产养殖和畜牧业中的DMZ残留非常重要。本研究聚焦于DMZ，开发了一种新的检测技术，该技术具有高选择性和简单的提取、分离和富集步骤。

分子印迹聚合物（MIP）[12]、[13]因其优异的稳定性、高选择性和低成本[14]、[15]而被广泛用于食品和环境中有害物质的检测。然而，这种方法存在结合位点少和形态不均匀等问题。将磁性纳米材料与MIP结合形成磁性分子印迹聚合物（MMIP），可以避免耗时的洗脱和离心步骤[16]、[17]。近年来，MMIP在固相萃取领域得到了广泛应用，对目标物质具有高选择性和吸附能力。在MMIP的合成过程中，模板分子与功能单体之间的偶联至关重要，直接影响识别位点的形成和吸附性能[18]。Hao等人使用牛血清白蛋白（BSA）作为功能单体，成功创建了对四环素的特异性识别位点[19]。目前常用的功能单体多为有毒化学物质，如4-乙烯基吡啶、丙烯酸和丙烯酰胺。随着绿色环保概念的不断发展，选择低毒性和可生物降解的功能单体变得越来越重要。

深共晶溶剂（DES）作为一种新型环保溶剂，因其高生物降解性、成本效益和良好的热稳定性而受到科学界的关注[20]、[21]。与传统功能单体相比，选择DES作为功能单体具有更高的提取效率，通过加热氢键受体（HBA）和氢键供体（HBD）以特定摩尔比进行简单制备[22]。其高效的提取效果归因于DES丰富的功能基团，这些基团可以通过范德华力和氢键等多种分子间相互作用与模板分子特异性结合[23]、[24]。Surapong等人使用三元DES作为功能单体制备MMIP，研究表明，三元DES相比二元DES具有更低的粘度和熔点以及更高的热稳定性，使其更适合作为MMIP的功能单体[25]、[26]。本研究利用计算方法研究化学结构，并通过密度泛函理论计算和模拟分子内和分子间相互作用[27]、[28]。

因此，在本研究中，以深共晶溶剂为基础制备了磁性分子印迹聚合物（DES-MMIP）和非磁性分子印迹聚合物（DES-MNIP），使用三元DES作为功能单体，Fe₃O?@SiO₂-C=C作为载体。通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、比表面积测定（BET）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、热重分析（TGA）和振动样品磁强计（VSM）对材料进行了全面表征。此外，通过动态、静态和等温吸附实验评估了DES-MMIP的吸附性能和选择性。该方法还应用于通过磁性分子印迹固相萃取（MMISPE）对实际样品中的DMZ进行定量分析，以验证其可靠性。这为后续从复杂混合物中检测其他类型抗生素提供了理论和技术基础。

章节片段

试剂和材料

六水合三氯化铁（FeCl₃·6H₂O）和二氯化铁（FeCl₂·4H₂O）购自 Guangfu Technology Development Co., Ltd.（天津，中国）。乙酸（HAC）购自 Zesheng Technology Co., Ltd.（安徽，中国）。氨水（NH₃·H₂O）和乙醇（EtOH）购自 Kaitong Chemical Reagent Co., Ltd.（天津，中国）。氯化胆碱（ChCl）、草酸（OA）、甘油（GL）、1,2-丙二醇（1,2-PG）、甲基丙烯酸（MAA）、乳酸（LA）和乙烯

模板分子和功能单体的反应机理

MIP主要依赖于功能单体与模板分子之间的特异性分子识别。模板分子与功能单体之间的相互作用越强，MIP对目标分子的结合特异性越高[33]、[34]。这些相互作用还可导致形成稳定的结构，其中氢键的数量、空间排列和几何形状可能会影响MIP的结合亲和力和选择性[35]。模板分子

结论

总之，本研究制备的DES-MMIP为DMZ的富集和分离提供了一种有前景的策略。DES-MMIP以DMZ作为模板分子，三元DES（ChCl、OA和EG（1,1,2）作为功能单体，Fe₃O?@SiO₂-C=C作为磁性载体成功制备。研究了其吸附性能和理化性质，表征表明DES-MMIP具有超顺磁性、稳定的晶体结构和良好的热稳定性

CRediT作者贡献声明

Dan Zeng：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原始稿，验证。Jian Wang：数据管理。Yiting Wang：验证，研究。Yijun Yang：撰写 – 审稿与编辑。Min Zhao：撰写 – 审稿与编辑。Deyi Ma：撰写 – 审稿与编辑。Muhammad Awais：撰写 – 审稿与编辑。Wenjing Li：监督。Bo Hong：项目管理，资金获取，正式分析。

利益冲突声明

作者声明称，不存在可能影响本文研究的利益冲突或个人关系。

致谢

本研究得到了黑龙江省优秀青年教师基础研究支持计划（YQJH2025287）、齐齐哈尔医科大学研究生创新基金项目（QYYCX2024-18）的支持。

Dan Zeng|Jian Wang|Yiting Wang|Yijun Yang|Min Zhao|Deyi Ma|Muhammad Awais|Wenjing Li|Bo Hong