《Microchemical Journal》：All-in-one nanocomposite hydrogel bridging wearable sensing and environmental remediation
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氧四環素（OTC）環境殘留檢測中深熔鹽（DES）基電化學傳感器的開發進展與挑戰。摘要：通過整合DES的高效傳導、穩定性和可調特性，構建了靈敏度高（檢測限約10?? M）、線性范圍廣（三數量級）的電化學傳感器，突破傳統方法成本高、操作復雜等局限。當前挑戰包括DES批次差異、復雜基質干擾及現場適用性不足，未來需通過計算設計優化DES、開發抗干擾機制及便攜式集成平臺實現應用突破。
Chairayni Agustin|Tsana Cholidah|Iwan Cony Setiadi|Harmami|Nur Nadhirah Mohamad Zain|Abdul Wafi|Yatim Lailun Ni’mah|Kartika A. Madurani
印度尼西亞泗水60111，Sekolah Tinggi Teknologi Sepuluh Nopember，科學與數據分析學院化學系，分析科學與化學儀器研究項目
摘要
氧四環素（OTC）在醫學、畜牧業和水產養殖中的廣泛使用導致了持續的環境殘留問題，這凸顯了需要快速、靈敏且可持續的監測工具的必要性。本文批判性地評估了深共晶溶劑（DES）作為綠色高效成分在開發優化用于檢測OTC的電化學傳感器中的作用。最近的研究表明，基于DES的傳感器表現出優異的分析性能，包括納摩爾級別的檢測限（LOD ≈ 10?9 M）、寬廣的線性范圍（覆蓋三個數量級）以及出色的重復性（RSD < 5%）。這些改進與提高傳感器性能的關鍵因素有關，即DES的合理設計和分類、先進的材料表征技術以及創新的電化學測量策略。此外，本文還討論了當前面臨的挑戰，如批次間變異性和復雜樣品中的基質效應，并強調了未來發展方向，即基于DES的平臺與便攜式電位計的整合，以實現現場分析。
引言
2000年至2015年間，全球抗生素消耗量顯著增加，印度尼西亞在79個國家中藥品銷售增長方面排名第29位[1]。這一趨勢引發了人們對抗生素殘留積累和抗菌素耐藥性擴散的嚴重擔憂。在各種抗生素中，氧四環素（OTC）因其廣泛的應用而成為理想的研究模型化合物，尤其是在人類醫學領域。OTC還用于陸地畜牧業和水產養殖，并且其持續的環境影響以及已記錄的殘留違規行為也值得關注[2]。
OTC是一種廣譜四環素類抗生素，能抑制細菌蛋白質合成，對多種革蘭氏陽性和革蘭氏陰性病原體有效[2]、[3]。在反芻動物中，OTC用于治療乳腺炎，這是一種影響奶山羊產奶量和質量的常見疾病，由鏈球菌（Streptococcus sp.）和大腸桿菌（E. coli）等病原體引起[4]、[5]。在水產養殖中，OTC用于防治弧菌�。�Vibrio sp.），該病可導致L. vannamei等物種的大規模死亡[4]。大量施用的OTC以未改變的形式被排出體外，導致動物產品（肉類、牛奶、蝦）中的殘留以及土壤和水系統的污染[4]、[5]、[6]、[7]。
這些殘留物帶來了多方面的威脅：它們破壞了環境微生物群落，促進了抗生素耐藥性的產生，并對人類健康構成風險，包括過敏反應和腸道微生物群的紊亂[5]、[7]。盡管有FDA設定的最大殘留限（MRLs）等監管框架（例如，蝦中的2 ppm和牛奶中的0.3 ppm）以及規定的停藥期，但違規現象仍然存在[8]、[9]。例如，在印度尼西亞Semarang的一項研究中，9.1%的肉雞樣本超過了國家規定的MRLs，OTC含量高達0.869 ppm[10]。這些數據凸顯了迫切需要可靠且易于獲取的監測工具來執行安全標準。
目前用于檢測OTC的分析方法包括高效液相色譜（HPLC）[11]、[12]、[13]、[14]、側向流動分析（LFA）[15]、[16]和熒光測定[17]、[18]、[19]，以及快速篩查測試（如Charm ROSA和SNAP）[20]，但每種方法都有其局限性。雖然HPLC準確度高，但成本高昂、耗時且需要專業操作。篩查和熒光方法雖然速度快，但靈敏度和特異性較低，存在假陽性的風險。因此，亟需開發出同時具備靈敏度、選擇性、快速性和成本效益的方法，并適用于現場應用[20]、[21]、[22]。
電化學傳感器作為一種有前景的平臺，能夠將生化相互作用轉化為可量化的電信號，具有簡單性和低成本的優勢[21]、[23]、[24]、[25]。最近的創新試圖通過綠色化學原理來提升其性能。深共晶溶劑（DES）在這方面取得了突破[3]、[26]、[27]、[28]。這些可調的、對環境友好的溶劑由天然氫鍵供體和受體組成，具有優異的導電性、生物相容性和易于合成等優點[29]、[30]。在電化學傳感中，DES作為優良的信號調節劑和多功能介質，有助于電子轉移、穩定生物識別元件，并有效分散納米材料，從而提高傳感器的靈敏度、選擇性和穩定性[17]、[31]、[32]。
本文探討了電化學傳感與DES的協同整合在OTC檢測中的應用。系統地分析了傳感器設計原理，包括電極選擇、納米材料整合以及電聚合等改性技術，重點討論了如何利用DES的獨特性質來實現卓越的分析性能。通過將先進的電化學技術與可持續的綠色溶劑相結合，這種方法為監測抗生素殘留提供了強大且環保的解決方案，有助于公共衛生和環境保護。
電化學傳感器：基礎與組成
電化學是一門研究電能與化學反應相互轉化的科學，重點關注氧化還原過程中的電子轉移[33]、[34]、[35]。這一原理是電池、燃料電池和電化學傳感器等多種技術的基石[34]、[35]。在傳感應用中，這種相互作用會產生與目標分析物濃度成比例的可測量電信號（電流或電位），從而實現定量分析
DES作為電聚合介質
將DES用作電聚合介質在電化學傳感器的開發中發揮了重要作用，尤其是在電極表面形成導電聚合物膜方面。DES既是一種環保溶劑，又能提高聚合效率并提升涂層整體質量。電聚合過程如圖12所示。
一項研究使用了基于甘油的DES，即氯化膽堿和...
基于DES的電化學傳感器方法比較
基于DES的方法在各種電極表面改性方法中展示了功能優勢。常用的三種方法包括電聚合、納米材料改性和分析物固定化。每種技術對傳感器的靈敏度、穩定性和選擇性都有不同的貢獻。使用DES的電聚合方法（如Glyceline（氯化膽堿：甘油）能夠實現...
當前挑戰與未來展望
盡管在開發基于深共晶溶劑（DES）的電化學傳感器用于OTC檢測方面取得了顯著進展，但在這些系統能夠完全應用于實際場景之前，仍存在一些關鍵挑戰�，F有研究表明，通過DES輔助的電極改性可以提升傳感器的靈敏度、穩定性和選擇性；然而，要將這些改進擴展到穩健、可重復且適用于實際應用的傳感器平臺，還需要進一步的研究[32]、[50]。
結論
基于DES的電化學傳感器在OTC檢測方面顯示出巨大潛力，提供了更高的靈敏度和選擇性。然而，實現商業化還需要克服一些關鍵挑戰，包括解決粘稠和吸濕性DES的批次間變異性問題，深入理解相關機制，并在實際樣品中進行驗證。未來的研究應遵循明確的路線圖：1）針對特定任務進行計算設計；2）提供...
CRediT作者貢獻聲明
Chairayni Agustin：撰寫——綜述與編輯、初稿撰寫、數據可視化、數據分析、概念化。Tsana Cholidah：初稿撰寫、項目管理、數據分析。Iwan Cony Setiadi：綜述與編輯、驗證、資源協調、數據分析。Harmami：數據分析、資源協調、驗證、綜述與編輯。Nur Nadhirah Mohamad Zain：綜述與編輯、驗證、資源協調、數據分析。
利益沖突聲明
作者聲明沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文的研究工作。
致謝
作者衷心感謝印度尼西亞高等教育、科學和技術部在基礎研究計劃（資助編號：017/C3/DT.05/00/PL/2025, 1276/PKS/2025）下的財政支持，以及英國皇家化學學會通過研究員合作資助（申請編號：C24-2461663400；賬戶成員：R504-LR-GAL008-0000001497-R123）提供的支持。同時，我們也感謝Sekolah Tinggi Teknologi Sepuluh提供的設施和支持。
