共軛聚合物“電子舌”檢測四環(huán)素類抗生素

摘要：通過將6 種共軛聚合物（CPs）與水性聚氨酯（WPU）物理共混，制備了WPU 包覆的熒光傳感陣列，用以檢測水中的四環(huán)素類抗生素（TCs）。WPU 與CPs 共混后制備的薄膜陣列形狀規(guī)則，熒光亮度高且穩(wěn)定。WPU 基體在溶脹后，存在泡孔狀的孔道結構，增大了附著于其中的CPs 與水中待測物TCs 的接觸概率，增強了陣列的熒光響應。通過相機捕捉檢測前后的熒光照片，并提取照片的紅綠藍（RGB）值，獲得了18 維向量數據庫。通過主成分分析（PCA）和線性判別分析（LDA）等方法對數據進行降維處理。結果發(fā)現該熒光傳感陣列具有良好的區(qū)分不同結構TCs 的能力，LDA 模型的分析預測準確度可達100%。這種WPU 包覆CPs 的熒光檢測陣列具有制備便捷、成本低和穩(wěn)定性好等優(yōu)點，可望作為環(huán)境檢測中的“電子舌”，檢測并甄別水體中的污染物如四環(huán)素類抗生素。

關鍵詞：共軛聚合物；水性聚氨酯；熒光傳感陣列；四環(huán)素類抗生素；環(huán)境監(jiān)測

中圖分類號：O621.2 文獻標志碼：A

四環(huán)素類抗生素（Tetracyclines，TCs）是一類對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌均具有抗菌效果的廣譜抗生素，因其高效、低成本等優(yōu)點被廣泛用于人和動物的抗菌治療以及作為飼料生長促進劑[1-5]。然而，對TCs 的過度使用導致它們在自然環(huán)境中不斷積累，這些殘留物最終會通過水和食物進入人體，危害人類健康[6]。更為嚴重的是，殘留物還可能促進細菌對抗生素產生耐藥性，從而破壞生態(tài)系統(tǒng)的平衡[7]。因此，開發(fā)一種簡單有效的用來檢測環(huán)境和食物中殘留的TCs 的方法具有重要意義。

目前，已有多種策略用來檢測TCs，如高效液相色譜-質譜[8-9]、表面增強拉曼散射[10-11]、抗菌篩選實驗[12] 和酶聯免疫吸附實驗等[13]。然而，這些方法往往需要繁瑣的樣品前處理步驟，以及精密昂貴的儀器和專業(yè)的實驗技能，不便于常規(guī)的食品安全檢測。熒光傳感陣列作為一種替代方法，由于其靈敏度高、響應時間快和操作簡單等優(yōu)點而備受關注。用于水體檢測的熒光傳感陣列又稱為“電子舌”，就像舌頭一樣，分布著眾多“味覺受體”傳感單元。當品嘗食物時，所有的傳感單元均與分析物相互作用，并輸出多維數據，經“大腦”分析處理后得到食物的獨特“味道”。結合多元統(tǒng)計分析技術，熒光傳感陣列在高通量檢測方面表現非常出色，可以區(qū)分具有相似結構和性質的分析物。目前，用于檢測四環(huán)素類抗生素的傳感器類型主要有碳量子點[7]、金屬有機框架[14]和金納米粒子[15] 等。然而，其中一些探針制備過程復雜、重金屬毒性大、成本高。因此，開發(fā)制備過程簡單、成本低廉、發(fā)光性能優(yōu)異、環(huán)境友好的熒光探針對于TCs 的高效檢測非常重要。

本文采用負載在石英片上的水性聚氨酯（WPU）包覆共軛聚合物（CPs）的方法[16-17]，制備了熒光“電子舌”，用以檢測水體中的TCs，拓展了熒光傳感陣列的應用范圍。其中，CPs 具有優(yōu)異的光捕捉能力、光穩(wěn)定性和光傳感信號放大效應，已被廣泛應用于光電、生物成像和傳感等眾多領域。絕大多數CPs 是疏水性的，將它們用于水相成像或者傳感時需要對其結構進行修飾。WPU 是一種常用的雙親性材料，可以為疏水的CPs 與水體中的待測物（如本文中的TCs）搭建橋梁。該熒光傳感陣列只需要用365 nm紫外燈和常用的數碼相機（或者智能手機）就能激發(fā)和捕捉熒光信號變化，極大地提高了檢測便捷性，降低了檢測成本，有望檢測并甄別水體中的TCs 污染物。