随着公众健康意识的提高,药用和食品同源物(MFH)原料在饮食干预和疾病预防中变得越来越重要[1,2]。黄芪因其免疫调节和提神特性而在欧洲被广泛作为膳食补充剂消费[3]。有机磷农药(OPs)被广泛用于黄芪的种植中,以控制害虫并提高产量[4][5][6]。然而,OPs会在作物中积累,通过食物链进入人体,并抑制乙酰胆碱酯酶(AChE),干扰神经传导,对人类健康和生态安全构成威胁[7][8][9]。中国国家标准和欧盟法规都将OPs的最大残留限量设定为0.01 ppm[10,11]。因此,开发可靠的检测MFH中OPs污染物的方法至关重要。
目前检测有机磷农药(OPs)的方法包括气相色谱(GC)[12]、气相色谱-质谱(GC–MS)[13]和液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)[14,15]。尽管这些技术具有较高的分析性能,但其广泛应用受到高成本、操作复杂性以及需要专业知识和实验室条件的限制[16]。
这促使人们致力于建立简单、快速和实用的OP分析方案。新兴技术如免疫色谱法[17]、化学发光[18]、荧光(FL)传感[19]、比色法[20,21]和电化学(EC)分析[22]在环境污染物监测方面显示出巨大潜力。其中,基于荧光的方法特别有前景,因为它们可以实现高灵敏度检测、快速分析和简单操作。例如,Sun等人开发了一种使用MnO2–AuNCs@ZIF-8纳米复合材料的比率荧光传感器用于检测氯吡硫磷[23],而Zhang等人设计了一种基于碳量子点的纳米荧光探针,具有内部过滤效应,用于检测大米中的甲基对硫磷[24]。Huang等人还报道了具有聚集诱导发射(AIE)特性的TPE–肽生物探针,用于敏感的OP监测[25]。虽然单模荧光分析常常受到环境干扰的限制,且只能提供单一数据维度,但双模检测克服了这些缺点。通过获取多维信号并实现不同读数之间的交叉验证,这种方法显著提高了分析的准确性、可靠性和稳健性。
共价有机聚合物(COPs)由于具有明确的孔隙结构、高表面积和化学稳定性,在传感、催化和能源应用中引起了广泛关注[26][27][28]。它们扩展的π共轭框架赋予了强烈的荧光性能,使COPs成为有前景的传感材料。平面和共轭结构促进了高效的光发射和增强的光致发光[26]。在荧光构建块中,1,3,6,8-四(4-乙炔基苯甲醛)芘(TEBPY)因其对称的共轭芘结构而特别吸引人。例如,Zhang等人通过将TEBPY与2,5-二羟基苯二甲酰肼结合,构建了一种二维荧光COP[29]。
作为二维过渡金属氧化物纳米材料,MnO2纳米片层因其高表面积、优异的电子传输能力和强大的氧化能力而受到广泛研究[30,31]。其片状形态相比棒状或颗粒状结构具有更低的空间阻碍,有利于荧光团和生物分子的吸附[32]。此外,MnO2纳米片层在200–800 nm的宽紫外吸收范围与大多数荧光团的激发或发射带相匹配,这是由于Mn离子和MnO6八面体之间的d-d电子跃迁[33]。MnO2纳米片层通过内部过滤效应(IFE)或荧光共振能量转移(FRET)有效实现了荧光淬灭。例如,Jiang等人利用MnO2纳米片层与[Ru(bpy)3]2+之间的IFE和FRET,开发了一种敏感的荧光传感器,用于检测敌敌畏和氯吡硫磷[8]。此外,MnO2纳米片层表现出类氧化酶的活性,能催化O₂转化为活性氧物种(ROS),包括羟基自由基(•OH)、超氧阴离子自由基(O2•−)和单线态氧(1O2)[34]。利用这一性质,可以将无色的o-苯二胺(OPD)氧化成黄色的2,3-二氨基吩嗪(DAP),后者在410 nm处有强吸收,便于比色传感应用。同样,Shen等人使用PtPdNPs@g-C3N4作为氧化酶模拟物,催化OPD氧化,实现三氯苯酚的双模检测[11]。
基于荧光COPs和多功能纳米酶的互补优势,我们认为将强红色荧光的TEPBY-DTDA COP与同时具有高效荧光淬灭能力和强大氧化酶模拟活性的MnO2纳米片层结合,可以建立一个理想的双模传感平台。在此设计中,MnO2纳米片层不仅作为荧光淬灭剂调节COP的发射,还作为催化单元独立产生比色信号,从而实现两种检测通道之间的内在交叉验证。如图1c所示,在没有OPs的情况下,AChE将ATCh转化为TCh,使MnO2纳米片层还原为Mn2+,恢复TEPBY-DTDA在630 nm处的红色荧光。Mn2+的氧化活性丧失阻止了OPD氧化为黄色荧光DAP,导致570 nm处的发射强度降低,溶液呈现无色。在OPs存在的情况下,AChE的抑制作用减少了TCh的生成,使MnO2纳米片层基本保持完整[36]。剩余的MnO2纳米片层由于光谱重叠淬灭了TEPBY-DTDA在630 nm处的荧光,并同时催化OPD氧化为DAP,在570 nm处产生强黄色荧光,并在410 nm处产生明显的比色响应。这种双信号响应实现了对OPs的敏感、快速和实用检测,为监测MFH中的农药残留提供了一种新策略。