A ratiometric fluorescence sensor based on integrated bimetallic Zr/Eu-MOF for rapid and visual detection of glyphosate.
Talanta · 2026 · 311:130308 · PMID 42456257 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 노출과 잔류 > 식품 잔류 · 직업
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농업에서의 글리포세이트 광범위한 사용은 환경 오염 및 관련 건강 위험에 대한 우려를 제기하였으며, 이는 신속하고 민감하며 현장 적용이 가능한 분석 도구의 시급한 필요성을 야기하였다. 본 연구에서는 글리포세이트의 빠르고 고감도 시각적 검출을 위한 통합 이금속 비율형 형광 하이드로겔 센서로서 Zr/Eu-금속유기골격체(Zr/Eu-MOFs)를 개발하였다. 견고한 Zr 기반 MOF 골격에 Eu$^{3+}$를 도핑함으로써, Zr/Eu-MOFs는 445 nm와 618 nm에서 이중 방출 밴드를 나타내어 다성분 조립 없이도 본질적인 자체 참조 신호를 가능하게 하였다. 글리포세이트 첨가 시, 센서는 10초 이내에 반응하였다. Zr/Eu-MOFs는 0.05 - 10.0 mg/L 범위에서 신뢰할 수 있는 비율형 반응을 보였으며, 검출 한계는 0.03 mg/L (0.2 μmol/L)로, 이는 미국 EPA와 중국이 정한 식수 허용 최대 잔류 한계(MRL)인 4.1 μmol/L보다 훨씬 낮은 수준이다. 메커니즘적 증거에 따르면, 글리포세이트는 P-O-Zr 배위 결합 및 계면 상호작용을 형성하여 리간드-금속 전하 이동(LMCT) 과정을 조절하며, 그 결과 445 nm에서 비율형 형광 반응이 증가하는 반면, 618 nm에서의 Eu$^{3+}$ 방출은 본질적으로 변하지 않는다. 더욱이, 스마트폰 이미지 분석과 결합된 아가로스 하이드로겔 형태는 신속한 시각적 검출을 가능하게 한다. 분무가 가능한 형광 이미징 전략은 자외선 조사 하에서 잎, 사과 표면 및 토양-물 매트릭스에서의 글리포세이트 오염에 대한 신속한 스크리닝을 추가로 허용한다. 전반적으로, 본 연구는 현장 글리포세이트 모니터링을 위한 용이하고 통합적이며 시각적으로 판독 가능한 비율형 플랫폼을 제공한다.ORIGINAL ABSTRACT
The widespread use of glyphosate in agriculture has raised concerns about environmental contamination and associated health risks, creating an urgent need for rapid, sensitive, and field-deployable analytical tools. In this work, Zr/Eu-metal-organic framework (Zr/Eu-MOFs) as an integrated bimetallic ratiometric fluorescent hydrogel sensor for fast and highly sensitive visual detection of glyphosate has been developed. By doping Eu3+ into a robust Zr-based MOF framework, Zr/Eu-MOFs exhibit dual-emission bands at 445 and 618 nm, enabling an intrinsic self-referenced signal without multicomponent assembly. Upon glyphosate addition, the sensor responds within 10 s. Zr/Eu-MOFs display a reliable ratiometric response over 0.05 - 10.0 mg/L with a low detection limit of 0.03 mg/L (0.2 μmol/L), which is far below the permissible maximum residue limit (MRL) for drinking water by the US EPA and China (4.1 μmol/L). Mechanistic evidence indicates that glyphosate forms P-O-Zr coordination linkages and interfacial interactions which modulate the ligand-to-metal charge transfer (LMCT) process, resulting in an enhanced ratiometric fluorescence response at 445 nm, while the Eu3+ emission at 618 nm remains essentially unchanged. Moreover, an agarose hydrogel format coupled with smartphone image analysis enables rapid visual detection. A spraying-enabled fluorescence imaging strategy further allows rapid screening of glyphosate contamination on leaves, apple surfaces, and soil-water matrices under UV illumination. Overall, this work provides a facile, integrated, and visually readable ratiometric platform for on-site glyphosate monitoring.| 저자 | Shi, H.; Wang, W.; Shi, H.; Mao, L.; Zhang, L.; Zhu, L.; Wu, C.; Liu, X. |
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| 저널 | Talanta |
| 권·호·쪽 | 311, 130308 |
| PMID | 42456257 |
| DOI | 10.1016/j.talanta.2026.130308 |