《Microchemical Journal》：A mixed-ligand Zn-MOF-based intelligent sensing platform for ratiometric fluorescence and colorimetric screening of tetracyclines in animal-derived foods assisted by the YOLOv5 algorithm
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•一种混合配体Zn-MOF表现出四环素（TC）诱导的双发射荧光响应。•ZAC对四环素传感表现出异步比率荧光。•视觉读数从蓝色变为绿色，检出限为0.012 μmol/L。•YOLOv5算法实现了自动化RGB提取，精度达99.9%。•传感器回收率在82.6%至106.4%之间，表
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一种混合配体Zn-MOF表现出四环素（TC）诱导的双发射荧光响应。
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ZAC对四环素传感表现出异步比率荧光。
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视觉读数从蓝色变为绿色，检出限为0.012 μmol/L。
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YOLOv5算法实现了自动化RGB提取，精度达99.9%。
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传感器回收率在82.6%至106.4%之间，表现令人满意。
引言
抗生素滥用已成为21世纪全球公共卫生面临的主要挑战[1]。四环素类（TCs）因其广谱抗菌活性和低成本生产而广泛应用于畜牧业和水产养殖。然而，TCs可通过食物链生物累积，对人类健康构成潜在威胁，包括肠道菌群失衡、过敏反应和耐药基因传播[2]、[3]、[4]。因此，开发高效、高灵敏、高选择性且可视化的TCs检测方法已成为食品安全监测中迫切的科学优先事项[5]、[6]。传统的检测方法，如高效液相色谱法（HPLC）[7]、毛细管电泳法（CE）[8]和电化学分析[9]，能提供高灵敏度和准确性。然而，这些传统方法仍面临实际应用的局限性，包括样品处理复杂、仪器笨重以及不适合快速现场筛查[10]。在实际应用中，特别是针对食品相关基质，检测方法不仅要求灵敏和选择性，还应快速、可视、便于即时检测使用。因此，开发兼具分析性能和实际应用性的新传感策略仍然非常必要。
金属有机框架（MOFs）作为荧光传感材料受到了越来越多的关注，这得益于其高度可定制的孔结构、丰富的活性位点和可调的发光性质[11]、[12]。其卓越的结构特性使MOFs非常适合用于主客体相互作用、信号转导和分析物响应的荧光传感。然而，大多数现有的MOF荧光传感器只有一个发射中心，使分析信号极易受到外部干扰，包括光源波动、复杂基质背景和探针浓度波动，从而导致假阳性和假阴性率升高[13]。此外，传统荧光分析依赖商业荧光分光光度计，限制了其在中枢实验室之外的实际应用。因此，构建自校准双发射系统、将光学响应转化为可见颜色变化以及开发自动化图像处理流程仍然是提高荧光传感实用性的重要方向[14]、[15]。
基于智能手机的数字成像为即时检测分析提供了便捷的方法，已报道了各种智能手机辅助的分析方法[16]、[17]。然而，照明强度、相机硬件、光学滤光片和发光效率的变化可能引入色差，从而影响基于颜色分析的可靠性[18]。因此，标准化的图像采集条件仍然是必要的。此外，传统图像分析通常需要手动选择感兴趣区域（ROIs），这可能引入操作者相关的变异，并在处理多个样品或图像时效率低下。自动目标定位可以减少重复的人工操作并标准化颜色信息的提取区域。目标检测算法提供了在复杂图像中定位预定义目标的可行方法[19]。在这些算法中，You Only Look Once版本5（YOLOv5）提供快速目标定位，并可在单张图像中处理多个目标[20]。在本研究中，YOLOv5被整合为自动化图像分析模块，以定位一个或多个比色皿区域并生成标准化的ROIs，用于后续的RGB提取。通过将重复的人工区域选择替换为模型生成的边界框，该程序减少了操作者相关变异的可能性，并提高了在标准化采集条件下多样品图像处理的效率。
为解决上述挑战，本研究提出了一种"双配体协同"策略，构建了一种能够产生TCs诱导的异步双发射响应的混合配体Zn-MOF，用于比率荧光和视觉传感。锌基MOFs具有优异的稳定性、温和的合成条件、成本低廉、无毒性、灵活的配位构型和出色的荧光性能，使其非常适合TCs的灵敏、选择性且可视的荧光检测。作为常见的三元羧酸配体，1,3,5-苯三甲酸（BTC）具有丰富的配位位点和强配位能力，便于与Zn2+离子构建稳定的MOF骨架。先前的研究报道了Zn-BTC框架已成功用于TCs的视觉荧光检测，表明基于BTC的框架为传感提供了合适的结构基础[21]。相比之下，4,4'-联苯二甲酸（BDA）作为一种刚性线性二元羧酸配体，具有扩展的共轭骨架和多样的桥接模式。其刚性结构特征不仅便于构建多孔且稳定的架构，还有助于调节客体分子的进入和主客体相互作用[22]。因此，将BTC与BDA结合预计可以优化荧光响应行为，同时确保框架稳定性，为构建双发射和视觉Zn-MOF传感系统提供了稳健的结构基础。
基于这一设计理念，本研究开发了一种新型Zn-MOF，通过简便的一步水热法，使用ZnO作为金属节点和混合BTC/BDA配体。ZAC在400 nm处表现出蓝色荧光。与TCs相互作用后，原始蓝色荧光通过光诱导电子转移（PET）和内滤效应（IFE）被猝灭，同时诱导并显著增强了520 nm处的绿色荧光发射。这种独特的光谱响应不仅产生了自校准的异步双发射信号和清晰的蓝绿色变化，还实现了TCs在复杂背景中的灵敏痕量分析。密度泛函理论（DFT）计算和多种光谱分析被用于进一步阐明相互作用机制，为传感器在复杂食品基质中的选择性和抗干扰性能提供了理论依据。为了便于自动化图像处理，随后采用YOLOv5模型进行比色皿定位和标准化ROI生成，然后进行RGB提取。该模型将重复的人工区域选择替换为一致的边界框生成，支持荧光图像的批量处理。其贡献与图像分析的自动化和一致性有关，而内在的分析灵敏度和选择性则来源于ZAC传感响应。所开发的传感系统被应用于TCs的视觉检测，并进一步使用代表性的动物源食品样品（包括牛奶、虾和鸡蛋）进行了评估。ZAC的制备、TCs诱导的比率荧光响应以及便携式传感概念在图1中进行了示意说明。总体而言，本工作为将双发射荧光传感与自动化图像处理相结合以快速筛查食品相关基质中的TCs提供了一种实用策略。
章节片段
ZAC的合成
双配体金属-有机框架ZAC的合成改编自先前报道的程序，并做了一些修改[23]。具体而言，将407 mg ZnO、201 mg BDA和876 mg BTC加入N, N-二甲基甲酰胺（DMF）（20 mL）和乙醇（4 mL）的混合溶剂中。将悬浮液超声处理直至获得清晰的均质溶液。所得均质...
ZAC的表征
通过FESEM、PXRD、FTIR和XPS对合成的ZAC的形貌、晶体结构、官能团和元素组成进行了系统表征。ZAC的FESEM图像显示了一种三维多孔网络，由叠层纳米片组装的明显棒状结构组成（图1a）。这种分层结构提供了纳米片之间的互连区域，可以为荧光传感提供丰富的可及位点。图1b...
结论
通过简便的一锅水热法成功制备了一种ZAC荧光传感器用于TCs的检测。ZAC在与TCs相互作用后表现出明显的异步双发射荧光响应，其特征为原始蓝色发射同时猝灭和新的增强绿色发射的出现。这种特征性的双发射行为实现了基于荧光强度比率和荧光颜色变化的双模式传感，用于定量...
CRediT作者贡献声明
李春华：写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿，监督，资源，项目管理，方法学，资金获取，形式分析，概念构思。 朱燕楠：写作 – 初稿，方法学，调查，形式分析，数据管理，概念构思。 张佳元：写作 – 审阅与编辑，调查，数据管理。 薛刘鑫：形式分析，数据管理。 鸾官群：调查，形式分析。 郑鑫康：形式分析。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争经济利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
致谢
本工作得到河北省自然科学基金（C2024201041）、国家自然科学基金（32202165）和河北大学大学生创新创业训练计划（DC2026393）的支持。感谢河北大学超算平台对本工作计算的支持。
李春华|朱燕楠|张佳元|薛刘鑫|鸾官群|郑鑫康
