两亲性聚合物介导的主客体结构结合层层自组装：MOF 衍生双编码中空仿生荧光传感器用于水相诺氟沙星双重识别

《Journal of Hazardous Materials》：Amphiphilic polymer-mediated host-guest structure combined with layer-by-layer assembly: MOF-derived hollow biomimetic fluorescent sensor with dual encoding for aqueous phase dual recognition of norfloxacin

　　

摘要

一种超灵敏的诺氟沙星（NOR）快速检测方法对于确保食品安全和环境保护至关重要。比率荧光传感器作为一种有效的检测策略，已引起越来越多的关注。然而，设计具有独立光信号和亲水化功能的新型多色荧光微球仍具有迫切需求。本文提出了一种新策略，通过将聚（苯乙烯-交替-马来酸酐）（PSMA）介导与层层自组装方法相结合，构建具有两个强荧光信号的量子点（QDs）编码功能化分子印迹微球。利用PSMA分子作为介导剂，将量子点的包封和微球的羧基化整合在一步法中，提高了制备效率。基于这些双重编码微球，构建了一种比率荧光传感器，通过监测不同NOR浓度下荧光响应的变化，实现对NOR的快速定量检测。亲水化修饰赋予该传感器在水相体系中的应用能力。在最佳检测条件下，在鸡肉、猪肉、鱼肉和牛奶中获得了令人满意的加标回收率（92.08%-103.55%）和精密度（RSD < 4.84%）。该方法的检出限（LOD）为0.1?μg?L^-1。此外，独特的中空结构促进了传质过程，从而将检测时间缩短至8?min。本工作为双重编码印迹荧光微球的制备和食品污染物的高性能化学传感提供了一种开创性和有效的策略。

引言

诺氟沙星（NOR）是一种代表性的氟喹诺酮类抗菌药物，被广泛用作兽药治疗动物疾病。食品中NOR的残留可能对人类健康产生一系列不良影响，如过敏反应、肝损伤和胃肠道疾病[1]。此外，NOR无法在人体和动物体内完全代谢，最终在环境中积累，从而加速抗生素耐药性的传播，对人类健康和生态环境构成严重威胁[2], [3]。在此背景下，欧盟（EU）规定NOR在可食用组织中的最大残留限量（MRLs）为50?μg?kg^-1[4]。

荧光传感器因其成本低、可原位检测和选择性高而成为最有前景的分析方法之一[5]。与传统的单信号荧光相比，比率荧光传感器采用固有的自校准机制，有效消除背景干扰和基体效应，从而提高检测方法在复杂基体中的准确性和可靠性[6]。更重要的是，比率荧光传感器可以扩展颜色变化范围，并实现现场检测的肉眼可视化[7]。由于具有尺寸依赖性荧光、宽斯托克斯位移和高量子产率等优势，量子点（QDs）作为构建荧光传感器的理想荧光元素[8]。

自Nie 等于2001年首次提出量子点编码微球的概念以来，量子点条形码的发展已达到前所未有的水平[9]。许多研究致力于开发编码方法，如聚合方法、溶胀方法和层层（LBL）自组装。迄今为止，聚合方法仍然是制备荧光编码微球的主要途径，其中量子点被引入聚合反应体系中，直接嵌入或包覆在微球或聚合物上[10]。然而，由于不可避免的引发剂或不相容的溶剂，嵌入量子点的荧光性能通常会减弱或被猝灭。这一问题在多色荧光微球中尤为突出，不同的量子点通常被掺杂在单一基质中。不同量子点之间潜在的相互作用可能会影响单个荧光染料分子的分布或改变微球的最终发射光谱。此外，不同编码元素的掺杂行为可能会相互影响，导致掺杂量不可控和不精确。

LBL自组装可以有效地解决量子点高密度负载引起的谱线串扰问题[11]。在该方法中，聚电解质层通过相反电荷聚合物与量子点之间的静电相互作用沉积在基底上。通过持续重复这一过程，可以在微球表面成功组装多层复合外壳[12]。Wang 等通过交替正负电荷制备了具有高强度绿色荧光的磁性微球。基于静电吸附，三层量子点被负载在磁性纳米颗粒表面。在该研究中，聚乙烯亚胺（PEI）提供丰富的正电荷，可有效结合带负电荷的水相量子点[13]。然而，LBL方法需要多步操作，在制备具有不同荧光强度或不同类型的量子点的目标微球时耗时较长。

除了考虑各种量子点的空间分布外，所制备的量子点编码微球的实际应用潜力也是一个关键问题。在我们之前的研究中，荧光编码技术已成功应用于单色荧光分子印迹聚合物（MIPs）的制备[14]。得益于MIPs的引入，所建立的荧光传感器在复杂食品样品中对目标物的选择性显著提高。同时，具有高比表面积的中空结构MIPs被发现具有优异的量子点负载能力和效率。然而，传统MIPs通常表现出固有的疏水性，导致所构建的传感器只能在有机溶剂中应用。生物相容性低和水相容性差的缺点限制了其广泛应用。

使用两亲性聚合物可以克服这些问题，它们在纳米颗粒与其涂层之间的疏水相互作用方面具有更大潜力[15]。聚（苯乙烯-交替-马来酸酐）（PSMA）作为一种典型代表，由疏水的苯乙烯单元和马来酸酐单元交替排列组成。苯乙烯单元赋予材料强疏水性，并与疏水编码基质产生疏水相互作用。同时，游离的马来酸酐单元可在碱性条件下有效水解生成羧酸根（-COO^-），从而通过带电基团提供水溶性[16]。Gu 等提出了一种PSMA介导的方法制备具有优异编码能力的功能化均匀量子点条形码。在该方法中，PSMA分子被引入反应体系中，在稳定量子点负载的聚苯乙烯微球中发挥了重要作用。这些分子可以将疏水表面转化为亲水表面，并同时赋予微球丰富的羧基[17]。

受上述考虑的启发，我们在此构建了一种新型双重发射中空印迹编码微球，采用主-客体结构，用于在水相中快速检测食品中的NOR。如图1所示，首先以具有代表性的金属有机框架ZIF-8作为牺牲模板制备多孔中空结构MIPs（HMIPs）微球，随后由于ZIF-8的酸不稳定性，在酸性条件下将其去除。然后，HMIPs作为主体基质，通过PSMA介导的方法精确负载第一种荧光元素（客体单元，绿色量子点），并进行表面亲水化修饰。为了引入第二种荧光信号（客体单元，红色量子点），在HMIPs表面采用可控的LBL自组装技术，从而实现两种量子点之间的有效空间分离。基于不同浓度NOR下的荧光响应变化，成功建立了比率荧光传感器。该传感器适用于水相体系，在复杂样品中监测NOR时表现出突出的抗干扰能力。

章节摘要

试剂

ZnCdSe/ZnS量子点（G-QDs，λ_em=525?nm，3?mg?mL^-1）和Cd-MPA（R-QDs，λ_em=640?nm，3?mg?mL^-1）分别购自武汉嘉元量子点科技发展有限公司（中国武汉）和苏州星烁纳米科技有限公司（中国苏州）。2-(N-吗啉基)乙磺酸（MES，99.5%）、1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺（EDC，98%）和N-羟基丁二酰亚胺（NHS，98%）购自国药集团化学试剂有限公司（中国上海）。NOR（98%）、乙二醇

构建与表征

在本研究中，通过沉淀聚合结合表面印迹技术制备了疏水性HMIPs。以ZIF-8为核心，MAA作为功能单体，通过MAA与NOR之间的氢键相互作用形成识别位点。随后，采用EGDMA和DVB作为交联剂形成刚性疏水三维网络。由于ZIF-8在酸性环境下的结构不稳定性，ZIF-8核心可以直接分解并

结论

在本研究中，创新性地构建了一种具有稳定荧光性能的中空分子印迹荧光编码微球，通过印迹位点和R-QDs实现对NOR的双重识别。与我们之前的方法和其他报道的方法相比，有三个值得强调的优势：首先，通过将PSMA介导方法与LBL自组装相结合，首次提出了双重发射印迹编码微球的制备方法

环境意义

诺氟沙星被广泛用于兽药治疗动物疾病。然而，食品中的残留不仅对人类健康产生不良影响，还会在环境中积累，对生态安全构成严重威胁。本研究提出了一种新型策略来制备双重发射中空分子印迹荧光编码微球，包括结构设计和在快速检测中的实际应用。所建立的荧光传感器具有快速、

作者贡献声明

Xiaolei Zhao： 撰写 – 审阅与编辑、项目管理、资金获取。Rongrong Yang： 撰写 – 初稿、调查研究、数据整理。Ya Chen： 验证、调查研究、数据整理。Jingchao Yang： 调查研究、数据整理。Longmei Sun： 验证、调查研究。Jinxing He： 监督指导、资金获取。

利益冲突声明

作者声明不存在已知的财务利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

本研究受国家自然科学基金（批准号：U25A20741，32102061）、齐鲁工业大学（山东省科学院）科教融合产业创新重点项目（批准号：2025ZDZX15）、中国山东省自然科学基金（批准号：ZR2021QC078）资助。

意义声明

诺氟沙星被广泛用于兽药治疗动物疾病。然而，食品中的残留不仅会引发不利的

Rongrong Yang|Ya Chen|Jingchao Yang|Longmei Sun|Jinxing He|Xiaolei Zhao

齐鲁工业大学（山东省科学院），食品科学与工程学院，健康食品资源探索与创制山东省重点实验室，中国济南，250353