Development of a one-step semi-homogeneous fluorescent method for multi-screening of sulfonamides in milk
本研究提出了一种快速、超灵敏且可重复使用的单步半均相荧光法，利用磁性分子印迹微球和聚集诱导发光荧光团，通过简单稀释后的直接样品分析，实现了对牛奶中21种磺胺类药物的多种筛查，其检测限达到了pg/mL级别。
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在食品安全领域，识别牛奶中看不见的威胁是一项持续的挑战。农民和监管机构依赖化学检测来确保抗生素，特别是被称为磺酰胺类（sulfonamides）的一类药物，不会残留在供人类消费的乳制品中。这些药物用于治疗生病的动物，但如果残留在牛奶中，可能会引起人类的过敏反应或导致抗生素耐药性的产生。寻找这些残留物的传统方法通常涉及复杂的实验室程序，不仅耗时数小时，还需要昂贵的设备，并使用抗体——这种由动物制成的生物工具成本高昂且无法重复使用。科学家们长期以来一直在寻求一种更简单、更快速且可重复使用的替代方案，能够在无需大型实验室设备的情况下，同时筛查多种不同类型的这类药物。
河北农业大学的一个研究小组开发了一种新方法，通过将两种巧妙的化学技巧结合在一个快速检测中，使这一目标离现实更近了一步。他们没有使用生物抗体，而是制造了涂有合成材料的微小磁性球体，这种材料被设计成可以像海绵一样吸收磺酰胺类药物。这种被称为分子印迹聚合物（molecularly imprinted polymer）的材料是围绕特定的药物分子构建的，旨在其表面创造出微小的、定制形状的孔洞。一旦模板被移除，这些孔洞就会保留下来，其尺寸完美契合目标药物，且不会捕捉其他物质。为了让测试过程可视化，研究人员将一种特殊的发光分子连接到一种无害版本的药物上。这种发光分子具有一个独特的属性：只有当它聚集在一起形成簇时才会发出明亮的光，而在液体中自由漂浮时则保持黑暗。
该过程就像是在磁性球体表面进行的空间竞争。当牛奶样本与磁性球体及发光药物示踪剂混合时，示踪剂分子会涌向球体上的空穴并聚集在一起，在特定光线下发出明亮的光。如果牛奶中含有真正的磺酰胺类药物，这些真实的药物就会与发光的示踪剂竞争相同的孔洞。真实的药物会赢得这些位置，将发光的示踪剂挤回液体中，使其无法聚集，从而无法发光。牛奶中的药物越多，光芒就变得越暗。由于磁性球体可以用磁铁从液体中拉出并清洗干净，因此它们可以反复使用，使这项测试既经济又可持续。
研究人员针对二十一种不同类型的磺酰胺类药物对该系统进行了测试，发现其灵敏度极高。该方法能够检测到低至几万亿分之一（parts per trillion）水平的药物，这种灵敏度足以在牛奶样本被水稀释80倍后仍能发现残留物。这种极高的灵敏度意味着在测试前不需要对牛奶进行复杂的处理或净化；简单的稀释就足以去除干扰物质。从混合样本到读取结果，整个过程仅需七分钟。在对来自当地农场和超市的60份真实世界牛奶样本进行的试验中，该新方法正确识别出了一个含有特定抗生素的样本，该结果随后得到了标准高科技实验室仪器的证实。
与依赖抗体或传统发光化学物质的旧方法相比，这种新方法在速度和灵敏度方面实现了显著飞跃。虽然传统的发光化学物质在聚集时往往会失去亮度，但这里使用的特殊分子在聚集时实际上会变得更亮，这一特性使得研究人员能够检测到比以往类似技术更低水平的药物。磁性球体可以在不丧失捕获药物能力的情况下重复使用六次，而其他测试中使用的生物抗体则是单次使用的物品。通过证明合成的可重复使用材料在这一特定应用中可以胜过生物工具，这项研究提供了一种实用、低成本的常规安全检查工具，确保商店货架上的牛奶在无需耗时的实验室延迟的情况下，依然能对消费者保持安全。
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