金属掺杂聚多巴胺纳米酶在食品分析应用中的研究

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食品安全是世界范围内共同关注的问题,食品污染物的快速灵敏检测技术在食品安全中发挥着至关重要的作用。由于食物基质的复杂性和微量分布,传统方法的准确性、灵敏度或特异性往往较低。近年来,随着类过氧化物纳米酶的蓬勃发展,基于纳米酶的检测系统取得了显著的成果,已被用于开发各种食品成分及致病菌的分析体系。这些体系具有很多优势,如成本低,稳定性高等,但应用于实际仍也有许多挑战需要克服。另外,与天然酶相比,纳米酶通常表现出低活性,这意味着纳米酶的催化效率远低于天然酶。因此,进一步研究制备具有高催化效率、高选择性和良好生物相容性的新型纳米酶并应用于食品安全分析系统对纳米酶的发展具有重要意义。基于此,本文采用高温水热法构建了具有高效的过氧化物酶模拟活性的掺杂铁的聚多巴胺(Fe-PDA)以及荧光聚多巴胺纳米粒子(F510-PDA),并开发了两种检测传感系统分别用于检测与肉类新鲜度相关的次黄嘌呤和食源性致病菌单增李斯特菌(L.M)。主要内容包括一下几个方面:(1)合成了Fe掺杂的聚多巴胺纳米酶并利用其构建了一种分光光度感应体系,Fe-PDA可有效催化H2O2生成·OH,并进一步将无色的3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(3,3’,5,5’-tetramethylbenzidine,TMB)氧化成在653 nm处具有吸光度的蓝色ox TMB,结合黄嘌呤氧化酶催化次黄嘌呤(Hx)与溶解的O2定量反应产生H2O2的原理选择性检测Hx。该分光光度法传感系统对Hx的LOD和线性范围分别为1.54μM和5.13~200μM,成功应用于肉制品中Hx含量的测定,实现了对新鲜度的判断。基于以上情况,这项概念验证工作表明,有助于肉类新鲜度的早期评价,在食品相关行业具有巨大的应用潜力。(2)首先采用一锅式水热法合成了在510 nm具有荧光发射的Fe掺杂的聚多巴胺(F510-PDA)过氧化物模拟酶。在此基础上,通过共价酰胺键组装出Apt功能化的F510-PDA(Apt/F510-PDA)。同时,还利用共价酰胺的结合方式对磁性Fe3O4纳米粒子表面修饰Van,得到了Van功能化的Fe3O4纳米粒子(Fe3O4NPs/van)。在L.M的存在下,Apt/F510-PDA和Fe3O4NPs/van都能在Apt和van的双重识别单元的帮助下与L.M的表面结合。在通过磁分离去除未结合的Apt/F510-PDA溶液后,可以注意到Apt/F510-PDA有一个与L.M浓度有关的荧光发射。此外,由于Apt/F510-PDA的过氧化物酶活性,Apt/F510-PDA可以在酸性条件下有效地催化H2O2产生羟基自由基(·OH),从而进一步将无色的TMB氧化成蓝色的ox TMB,在653nm处吸光度增强。在这种情况下,富集到L.M上的Apt/F510-PDA显示出L.M浓度依赖性的~653 nm处ox TMB的吸光度增强。基于这些发现,提出了一种高效的双识别策略驱动的荧光和比色双模式检测方法,用于检测真实食品样品(即牛奶、饮用水)中的L.M,并取得了可接受的结果,这可能为开发高性能和经济的食源性病原体预警双信号读出平台提供途径。
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