Machine Learning-Driven Dual-Recognition Magnetic Imprinted Polymers: Host–Guest/Aptamer Synergy Enabling Ultrasensitive Chloramphenicol Detection

化学 适体 分子印迹聚合物 对偶(语法数字) 寄主(生物学) 纳米技术 聚合物 分子印迹 分子生物学 生物化学 选择性 有机化学 生物 催化作用 材料科学 生态学 文学类 艺术
作者
Jiaming Zhang,Yanxia Ma,Jinbo Cao,Ai Li,Siying Liu,Xixiang Yang,Li Wang,Junhua Li,Xiaogang Hu
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:97 (36): 19742-19758 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.5c03202
摘要

To address the challenges in detecting chloramphenicol (CAP) in complex food matrices, this study developed a magnetic solid-phase microextraction coupled with a high-performance liquid chromatography (MSPME-HPLC) system that integrates machine learning and molecular recognition. The system employs magnetic SiO2@Fe3O4 nanoparticles as the carrier and combines the dual recognition functions of carboxylated pillar[5]arene (CP[5]A) and aptamer (Apt) to create a nanocomposite separation material, Apt-MIP-CP[5]A@SiO2@Fe3O4 (AC-MSF). Bayesian optimization and six machine learning models (e.g., XGBoost, SVM) were utilized to dynamically optimize polymerization and extraction conditions. SHAP interpretability analysis identified aptamer dosage and Mg2+ concentration as critical parameters, with ML-recommended conditions reducing cross-linker usage by 22.2% and polymerization time by 57%. Kinetic simulations elucidated the synergistic recognition mechanism: CAP's nitrobenzene group embeds in CP[5]A's cavity via strong nonbonded interactions (total energy: -50 to -250 kJ/mol) and H-bond networks (1-4 bonds), while the aptamer binds CAP specifically at DT-18 via H-bonding (ΔG: -34.64 kcal/mol). Circular dichroism spectroscopy confirmed the independent yet synergistic operation of the dual recognition modes, with a synergy factor of 1.4. The system achieved a detection limit of 0.69 μg/L (linear range: 0.004-0.2 mg/L) and recoveries of 85.0%-96.2% in honey, milk, and egg samples.
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