金屬－有機(jī)框架材料在抗生素類獸藥殘留分析中的應(yīng)用研究

摘要：金屬－有機(jī)框架材料（MOFs）在獸藥抗生素分析領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。MOFs在獸藥抗生素的分離純化、檢測以及樣品預(yù)處理等方面展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢。在分離純化方面，MOFs能夠通過其可調(diào)控的孔道結(jié)構(gòu)和表面官能團(tuán)實(shí)現(xiàn)對獸藥抗生素的高效分離。在檢測方面，MOFs作為熒光探針或電化學(xué)傳感器在獸藥抗生素分析中發(fā)揮了重要作用。通過引入熒光基團(tuán)或電化學(xué)活性基團(tuán)，MOFs能夠?qū)崿F(xiàn)對獸藥抗生素的特異性識(shí)別和響應(yīng)。MOFs在獸藥抗生素樣品預(yù)處理中也發(fā)揮了重要作用。通過吸附、富集和去除干擾物質(zhì)等步驟，MOFs能夠顯著提高樣品的純凈度和分析效率。這有助于減少后續(xù)分析的復(fù)雜性和誤差，提高分析的準(zhǔn)確性和可靠性。MOFs有望在獸藥抗生素的監(jiān)管、環(huán)境保護(hù)和食品安全等領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

關(guān)鍵詞：金屬-有機(jī)框架材料；獸藥；抗生素；分析化學(xué)；研究進(jìn)展

獸藥抗生素的廣泛使用及其對環(huán)境和食品安全的潛在威脅是一個(gè)日益受到關(guān)注的問題。在畜牧業(yè)中，獸藥抗生素被廣泛用于預(yù)防和治療動(dòng)物疾病，促進(jìn)動(dòng)物生長，提高產(chǎn)量。它們被添加到飼料或水中，或者直接注射給動(dòng)物，以應(yīng)對各種細(xì)菌感染和疾病。然而，由于一些養(yǎng)殖者過度依賴抗生素，或者為了掩蓋不健康的飼養(yǎng)條件，往往存在濫用抗生素的情況[1]。

抗生素具有持久性，能在環(huán)境中長期存在，對生態(tài)系統(tǒng)造成長期損害。此外，抗生素的殘留還可能通過食物鏈傳遞，當(dāng)人們食用含有抗生素殘留的肉類、蛋類或奶制品時(shí)，可能會(huì)攝入這些抗生素。長期攝入低劑量的抗生素可能導(dǎo)致人體內(nèi)的菌群失衡，增加對抗生素的耐藥性，甚至引發(fā)過敏反應(yīng)。在嚴(yán)重的情況下，抗生素殘留還可能對人體造成直接損害，如肝腎功能損傷等[2]。

MOFs是一種晶態(tài)多孔材料，它獨(dú)特的結(jié)構(gòu)源自無機(jī)金屬中心（包括金屬離子或金屬簇）與橋接的有機(jī)配體之間的自組裝相互連接，進(jìn)而形成周期性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[3]。這種材料巧妙地融合了無機(jī)材料的剛性與有機(jī)材料的柔性，廣泛應(yīng)用于氣體吸附與分離、化學(xué)傳感以及藥物輸送與存儲(chǔ)等多個(gè)領(lǐng)域，展現(xiàn)出其多功能性和廣泛的應(yīng)用前景[4]。

1 MOFs在獸藥抗生素分析中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 MOFs在獸藥抗生素分離純化中的應(yīng)用

MOFs具有高度多孔性和大比表面積，這使得它們能夠吸附并容納大量的獸藥抗生素分子。通過選擇合適的金屬中心和有機(jī)配體，可以設(shè)計(jì)出具有特定孔徑和表面性質(zhì)的MOFs材料，實(shí)現(xiàn)對不同種類獸藥抗生素的選擇性吸附。這種選擇性吸附能力使得MOFs能夠從復(fù)雜的混合物中有效地分離出目標(biāo)抗生素。MOFs的表面性質(zhì)也對其分離性能起到關(guān)鍵作用。通過引入具有特定官能團(tuán)的有機(jī)配體，MOFs的表面可以呈現(xiàn)出不同的親疏水性、極性或反應(yīng)活性。這些官能團(tuán)能夠與獸藥抗生素分子發(fā)生相互作用，如氫鍵、離子交換或π-π堆積等，從而增強(qiáng)對目標(biāo)抗生素的選擇性吸附。MOFs通過其獨(dú)特的孔道結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)，以及對分離條件的精確調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了對獸藥抗生素的高效分離和純化。

1.2 MOFs在獸藥抗生素檢測中的應(yīng)用

MOFs在獸藥抗生素樣品的預(yù)處理中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，MOFs具有多樣的結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)，可以有效地從復(fù)雜的樣品基質(zhì)中吸附并富集目標(biāo)抗生素，降低檢測限，提高檢測靈敏度。除了富集目標(biāo)抗生素，MOFs還能夠吸附并去除樣品中的干擾物質(zhì)，如其他有機(jī)化合物、無機(jī)離子等。這種凈化作用有助于減少后續(xù)分析的背景干擾，提高分析的準(zhǔn)確性和可靠性。MOFs通常以粉末或顆粒形式存在，易于與樣品溶液混合進(jìn)行吸附操作。吸附完成后，通過簡單的離心或過濾步驟，即可將含有目標(biāo)抗生素的MOFs與樣品溶液分離，便于后續(xù)處理和分析。MOFs材料通常具有良好的穩(wěn)定性和可再生性，經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑偕幚恚ㄈ鐭峤?、溶劑洗滌等），可以重?fù)使用多次，降低了預(yù)處理成本，提高了資源利用效率。MOFs可以與其他預(yù)處理技術(shù)（如固相萃取、液液萃取等）相結(jié)合，形成更為高效的預(yù)處理體系。例如，可以將MOFs作為固相萃取柱的填料，通過改變流動(dòng)相的條件實(shí)現(xiàn)目標(biāo)抗生素的選擇性吸附和洗脫。MOFs作為熒光探針的應(yīng)用原理在于其能夠吸收特定波長的光并發(fā)出熒光。當(dāng)MOFs與獸藥抗生素發(fā)生相互作用時(shí)，其熒光性質(zhì)（如熒光強(qiáng)度、波長等）會(huì)發(fā)生變化。這種變化可以被用來檢測抗生素的存在和濃度。通過對比不同濃度抗生素與熒光信號(hào)之間的關(guān)系，可以建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，從而實(shí)現(xiàn)對抗生素的定量檢測。電化學(xué)傳感器則基于MOFs與目標(biāo)抗生素之間的電化學(xué)相互作用。當(dāng)抗生素與MOFs結(jié)合時(shí)，會(huì)引起電極表面的電荷分布發(fā)生變化，從而產(chǎn)生電流或電位的變化。通過測量電極上的電化學(xué)信號(hào)，可以分析抗生素的濃度。

2 MOFs在獸藥抗生素分析中的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)

2.1 MOFs在獸藥抗生素分析中的優(yōu)勢

首先，MOFs具有超高的孔隙率和較大的比表面積，高比表面積意味著MOFs具有更多的活性位點(diǎn)和吸附能力，能夠更有效地與獸藥抗生素分子進(jìn)行相互作用。其次，通過對MOFs的修飾，還可以引入特定的官能團(tuán)，以實(shí)現(xiàn)對藥物分子的特異性相互作用，進(jìn)一步增強(qiáng)其分析性能。再者，MOFs具有良好的生物相容性和穩(wěn)定性，這使得其可以直接應(yīng)用于生物體系中的藥物分析。MOFs還可以用于構(gòu)建生物傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測生物體內(nèi)藥物分子的濃度和分布。最后，MOFs的制備和表征方法相對成熟，通過簡單的合成步驟，可以制備出具有特定結(jié)構(gòu)和性能的MOFs材料。同時(shí)，利用現(xiàn)代分析技術(shù)，可以對MOFs的結(jié)構(gòu)、性能和藥物相互作用進(jìn)行深入研究，從而為其在藥物分析中的應(yīng)用提供理論支持。

2.2 MOFs在獸藥抗生素分析中的挑戰(zhàn)

在實(shí)際應(yīng)用中，MOFs可能會(huì)受到濕度、溫度、pH值等環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或破壞，從而影響其吸附性能和重復(fù)使用性。獸藥抗生素種類繁多，結(jié)構(gòu)和性質(zhì)各異，如何設(shè)計(jì)出能夠針對特定抗生素具有高選擇性的MOFs材料是一個(gè)需要解決的問題。需要深入研究MOFs與分析方法之間的相互作用和影響，以確保整個(gè)分析過程的準(zhǔn)確性和可靠性。如何實(shí)現(xiàn)MOFs的規(guī)?；a(chǎn)和廣泛應(yīng)用是未來的一個(gè)重要研究方向。在獸藥抗生素分析中，MOFs作為一種新型材料，其相關(guān)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)尚不完善。這可能導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用中存在一定的法律風(fēng)險(xiǎn)和不確定性。因此，建立和完善相關(guān)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)是推動(dòng)MOFs在獸藥抗生素分析中應(yīng)用的必要條件。

3 MOFs在獸藥抗生素分析中的研究趨勢

3.1 當(dāng)前MOFs在獸藥抗生素分析領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)

正在深入探索MOFs的優(yōu)化合成與穩(wěn)定性增強(qiáng)。這包括通過改進(jìn)合成方法、優(yōu)化反應(yīng)條件來提高M(jìn)OFs的制備效率和穩(wěn)定性，跨學(xué)科的整合與優(yōu)化也是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。研究者們正在探索如何將MOFs與其他分析方法（如色譜、質(zhì)譜等）進(jìn)行有效整合，以形成更為高效、準(zhǔn)確的獸藥抗生素分析體系。新型MOFs材料的開發(fā)與應(yīng)用也是前沿方向之一。研究者們正在嘗試引入新的金屬離子、有機(jī)配體以及功能基團(tuán)，以開發(fā)出具有更高性能、更多功能的新型MOFs材料。

3.2 新型MOFs材料的設(shè)計(jì)合成前沿方向

溶劑熱合成法有助于提升反應(yīng)物在溶劑中的溶解程度，從而優(yōu)化反應(yīng)和結(jié)晶過程。相較于水熱法，溶劑熱法提供了更為寬泛的反應(yīng)條件范圍，使其成為制備多樣化MOFs材料的理想選擇。離子液法利用離子液體的特殊性質(zhì)，為MOFs的合成提供了新的途徑。揮發(fā)法將金屬鹽和有機(jī)配體溶解在良性溶劑中，隨后靜置，使溶劑自然揮發(fā)，晶體便直接從飽和溶液中析出。擴(kuò)散法，包括凝膠擴(kuò)散法以及蒸汽擴(kuò)散法等，它們共同的特點(diǎn)是先將金屬離子與有機(jī)配體的溶液分開，再通過緩慢的擴(kuò)散過程使兩者發(fā)生反應(yīng)。表面活性劑法則利用表面活性劑分子同時(shí)具有親水和疏水基團(tuán)的特性，不僅增強(qiáng)了金屬離子和有機(jī)配體的溶解度，還加強(qiáng)了它們之間的相互作用，從而優(yōu)化了合成效果。此外，還有微波加熱法、超聲法、機(jī)械化學(xué)合成法、電化學(xué)方法等多種技術(shù)也被應(yīng)用于MOFs的合成。這些方法各具特色，

可以根據(jù)具體的合成需求和條件靈活選擇，以實(shí)現(xiàn)最佳的合成效果。

4 展望

MOFs在獸藥抗生素分析領(lǐng)域還可能取得一些突破性進(jìn)展。可能會(huì)開發(fā)出具有自修復(fù)功能的MOFs材料，能夠在吸附過程中自動(dòng)修復(fù)受損的結(jié)構(gòu)，保持其長期穩(wěn)定性。隨著人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，MOFs材料的合成優(yōu)化和性能預(yù)測將更加智能化和精準(zhǔn)化，為獸藥抗生素分析提供更強(qiáng)大的技術(shù)支持。在環(huán)境保護(hù)方面，MOFs能夠作為有效的吸附劑去除水中的獸藥抗生素污染。其多孔結(jié)構(gòu)和可調(diào)性使得MOFs能夠針對特定的抗生素分子進(jìn)行高效吸附，從而降低水體中的抗生素含量，減輕對環(huán)境的壓力。此外，MOFs還可以與其他水處理技術(shù)相結(jié)合，形成綜合的治理方案，提高水處理的效率和效果。隨著對環(huán)保要求的不斷提高和水資源日益緊缺，MOFs在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景將愈發(fā)廣闊。在食品安全方面，MOFs可以作為食品添加劑或包裝材料的組成部分，用于防止獸藥抗生素的污染和遷移。通過將MOFs嵌入到食品包裝材料中，可以延長食品的保質(zhì)期并改善其品質(zhì)，同時(shí)確保食品的安全性。要實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用，還需要在MOFs的合成、性能優(yōu)化以及與其他技術(shù)的整合等方面進(jìn)行深入研究和探索。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郟江輝，李新冬，蔡勐，等.MOFs熒光檢測及光催化水體抗生素的研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2024，47（1）：52-63.

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[3] 謝三磊，陶曉奇.金屬有機(jī)框架熒光傳感器在食品中抗生素類獸藥殘留檢測的研究進(jìn)展[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2024，50（8）：334-342+355.

[4] 聶夢，和夢婷，任琴會(huì)，等.金屬有機(jī)框架材料對抗生素的除去探究[J].廣州化工，2023，51（12）：56-58+79.