四环素（TC）作为一种广谱抗生素，在畜牧业和水产养殖中被广泛使用，其在环境和食品中的残留问题日益严峻。传统的检测方法（如高效液相色谱、酶联免疫吸附等）虽然精度高，但依赖大型昂贵仪器、复杂的样品前处理以及外部电源，难以满足现场快速检测的需求。利用摩擦纳米发电机（TENG）技术构建摩擦电纳米传感器（TENS）为解决这一难题提供了新思路，然而传统摩擦层材料往往缺乏对目标分子的特异性识别和富集能力，难以同时兼顾灵敏度与选择性。
近日，江南大学王利强教授团队在期刊《Journal of Hazardous Materials》上发表了最新研究成果“A triboelectric nanosensor based on bimetallic metal-organic framework-functionalized fibers for self-powered detection of tetracycline”。研究团队提出了一种基于双金属MOF功能化纤维膜的摩擦电纳米传感器，实现了TC高效富集与高灵敏自供电检测的一体化。
通过将原位生长在氧化石墨烯（GO）表面的双金属UiO-66-NH2 （GU(ZC)）嵌入静电纺丝纳米纤维，构筑了兼具丰富活性位点与高效电荷传输网络的三维多孔摩擦正电层（PGU）。利用双金属掺杂与氨基功能化的协同作用特异性识别并高效捕获TC分子，引起了摩擦层表面电荷的重新分布和介电性能的改变，实现了摩擦电信号的显著响应。该传感器（PGU-TENS）实现了在0.01-1000 μM较宽浓度范围内的线性响应，检出限（LOD）低至 2.66 nM，并在真实的乳制品和水体样本中表现出优异的选择性、快速响应能力和长期稳定性。
图1：GU(ZC) 和 PGU 纤维膜设计及制备过程。
研究人员首先通过原位生长策略，在具有丰富含氧官能团的GO片层上锚定Zr/Ce金属前驱体，诱导UiO-66-NH2(Zr/Ce)的定向生长，有效抑制了MOF晶体的团聚。随后，通过静电纺丝技术将GU(ZC)引入PAN基体中，构筑了三维多孔纳米纤维PGU复合薄膜。GU(ZC)颗粒均匀且致密地锚定在GO片层及静电纺纤维表面，不仅提供了极高的比表面积，还通过高电导率的GO网络极大提升了复合材料的摩擦电荷传输效率。与纯PAN纤维及负载单金属MOF复合纤维相比，PGU复合膜的吸附能力实现了本质上的飞跃。
图2：PGU-TENS 的摩擦电性能。
研究团队以PGU复合膜为正极摩擦层，聚四氟乙烯（PTFE）为负极摩擦层，构建了接触-分离模式的PGU-TENS。得益于氨基（强供电子基团）的引入以及GU(ZC)优异的导电与介电性能，PGU-TENS展现出优异的摩擦电输出，其开路电压高达 82.7 V，短路电流达 8.3 μA。
图3：PGU-TENS 的TC检测性能。
在TC检测中，PGU-TENS展现出卓越的传感性能。其摩擦电输出响应与TC浓度的对数在0.01-1000 μM范围内呈现高度拟合的线性关系，LOD低至2.66 nM，远低于FDA和欧盟规定的最高残留限量。此外，面对其他抗生素结构类似物及复杂基质的干扰，PGU-TENS依然能保持稳定的电信号输出，展现出极佳的特异性和抗干扰能力。吸附TC后摩擦电信号显著增强主要归因于电子结构的调控与介电性能的提升。一方面，TC的吸附显著降低了复合材料的HOMO-LUMO能隙，使电子跃迁更加轻易；另一方面，C分子的引入诱发了强烈的界面极化和偶极子极化，显著提升了PGU的介电常数，从而实现了对摩擦电荷更高效的捕获与存储。
这项工作成功构建了一种基于双金属MOF功能化纳米纤维膜的PGU-TENS，实现了TC高效富集与高灵敏自供电检测的一体化。通过金属掺杂和官能团修饰，并结合三维多孔网络的宏观结构设计，有效提高了对TC的选择性识别与捕获能力。在路易斯酸碱作用和金属配位等多重机制协同作用下，PGU对TC的平衡吸附容量达到82.75 mg/g。以PGU作为核心功能层构筑的PGU-TENS具有约82.3V和8.3μA的稳定摩擦电输出。利用吸附TC诱导的电子结构调控与介电性能提升有效放大输出信号，可在0.01-1000 μM浓度范围内实现对TC的线性响应，检测限低至2.66nM。PGU-TENS兼具优异的选择性、重现性以及抗干扰能力，在实际水体和乳制品基质中加标回收率介于98.0至106.9%之间，RSD均低于2%。该工作为痕量污染物的自供电检测提供了创新思路，在环境污染物和食品安全监测领域中展现出巨大的应用潜力。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.142194
人物简介：
王利强，江南大学机械工程学院教授，博士生导师。主要从事微纳能源收集与应用、基于微纳技术的智能包装系统，以及食品加工与包装技术装备等领域的研究工作。先后主持完成国家级科研项目3项；在Advanced Functional Materials, Advanced Composites and Hybrid Materials, Nano Energy, Carbohydrate Polymers, Nano letters等期刊发表包括学术论文100余篇；获授权发明专利13项；申报各级科学技术进步奖12项。现任国家轻工业包装制品质量监督检测中心副主任、中国轻工业包装技术与安全重点实验室副主任等职务，受邀担任Advanced Materials, Angewandte Chemie International Edition, Food packaging and shelf life等多个国际学术期刊审稿人。
