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北京石油化工學院王浩團隊 CEJ：基于Ln-BTC的一系列比色和自校準熒光傳感器用于檢測食品中的黃曲霉毒素B1
2025-01-20  來源：高分子科技

  黃曲霉毒素B1（AFB1）是黃曲霉和寄生曲霉產(chǎn)生的次生代謝物，廣泛存在于食品、飼料和草藥中，對人類和動物健康構(gòu)成嚴重威脅。AFB1的毒性極強，超過砷的68倍，是氰化鉀的10倍，具有致突變、致癌、神經(jīng)毒性、腎毒性和致畸性等多種危害。為應對AFB1污染，許多國家制定了嚴格的監(jiān)管標準，如歐盟規(guī)定玉米中AFB1限量為5μg/kg，飼料中為20μg/kg。目前，AFB1的檢測方法包括橫向流動免疫分析（LFIA）、液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜（LC-MS/MS）、酶聯(lián)免疫吸附試驗（ELISA）和生物傳感器等，但這些方法存在成本高、操作復雜、樣品制備繁瑣等問題。因此，開發(fā)一種低成本、高靈敏度且可靠的AFB1傳感技術(shù)迫在眉睫。



  近日，北京石油化工學院王浩副教授團隊在《Chemical Engineering Journal》期刊上發(fā)表論文“A series of colorimetric and self-calibrated fluorescent sensors based on Ln-BTCs for detection of aflatoxin B1 in food”。該研究標志著純鑭系基配位聚合物（3D/1D-CPs-(1-3)）首次用于AFB1的比色熒光檢測。在543nm或618nm處的發(fā)射峰強度與AFB1濃度呈負相關(guān)，而以425nm左右為中心的藍色熒光強度則呈正相關(guān)，適合作為自校準熒光傳感器。此外，3D/1D-CPs-(1-3)也可以引入PVDF中，得到一系列的混合基質(zhì)膜(MMMs)，在AFB1的熒光檢測過程中仍顯示顏色變化。更重要的是，3D-pCPs-(1-3)進一步證明了在茶葉和大豆粉的真實食品樣品中識別AFB1的良好的準確性，揭示了它們在食品工業(yè)中的潛在應用價值，并提供了理論支持。


圖1. (a) 3D-pCP-1的三維框架; (b) 1D-npCP-1的1D帶狀結(jié)構(gòu); (c) 3D-pCPs-(1-5)和(d) 1D-npCPs-(1-5)的模擬和實驗粉末XRD譜圖; (e) 3D-pCPs-(1-3)和(f) 1D-npCPs-(1-3)的掃描電鏡圖像; (g) 3D-pCPs-(1-3)和(h) 1D-npCPs-(1-3)的FT-IR光譜。


  如圖1所示，成功制備了有孔結(jié)構(gòu)和無孔結(jié)構(gòu)的兩種樣品。通過X射線衍射（XRD）、傅里葉紅外光譜（FT-IR）和掃描電子顯微鏡（SEM）等一系列表征手段，證實了目標樣品的成功合成。


圖2. (a)3D-pCP-1/甲醇、(c)3D-pCP-2/甲醇和(e)3D-pCP-3/甲醇懸浮液的熒光發(fā)射光譜。(b) 3D-pCP-1；(d) 3D-pCP-2和(f) 3D-pCP-3的I0/I與AFB1濃度的S-V曲線。插圖：分別在AFB1中混合前（左）和（右）混合后對應的3D-pCP-1、3D-pCP-2和3D-pCP-3在254 nm紫外光下的彩色照片。


  通過熒光滴定實驗研究了3D/1D-CPs-(1-3)對AFB1的傳感性能。3D-pCPs-(1-3)在幾秒內(nèi)對AFB1表現(xiàn)出快速熒光響應，顏色變化明顯（圖2b、2d、2f）。3D-pCP-1、3D-pCP-2和3D-pCP-3的Ksv分別為2.0×10?、1.4×10?和2.6×10? M-1，檢測限分別為19.4 ppb、17.5 ppb和24.1 ppb。相比之下，1D-npCPs-(1-3)具有更低的Ksv值和更高的檢測線，表明有孔3D-pCPs-(1-3)對AFB1的熒光檢測具有更高的靈敏度。


圖3. (a) 3D-pCP-1@PVDF, (c) 3D-pCP-2@PVDF和(e) 3D-pCP-3@PVDF混合基質(zhì)膜的柔韌性; (b) 3D-pCP-1@PVDF, (d) 3D-pCP-2@PVDF和(f) 3D-pCP-3@PVDF在紫外線照射下的熒光。(g) 3D-pCP-1、(h) 3D-pCP-2和(i) 3D-pCP-3在不同濃度AFB1下的熒光照片。


  如圖3a-f所示，3D-pCPs-(1-3)@PVDF在可見光下為白色薄膜，紫外燈下分別呈現(xiàn)均勻且明亮的紅、綠、黃色熒光，表明粉末在PVDF中分散良好。浸入不含AFB1的甲醇溶液中時，薄膜表現(xiàn)出強烈的顏色發(fā)射；向溶液中滴加AFB1后，熒光顏色隨濃度增加而變化（圖3g-i），達到閾值時顏色顯著改變。


圖4. 使用智能手機檢測AFB1的示意圖。AFB1濃度與(a) 3D-pCP-1@PVDF、(b) 3D-pCP-2@PVDF、(c) 3D-pCP-3@PVDF顏色變化的擬合曲線。插圖顯示了智能手機分析用254 nm紫外燈照明下傳感系統(tǒng)的相應照片。


  圖4展示了智能手機對MMMs的熒光傳感過程。智能手機捕獲MMMs在254nm紫外燈下暴露于不同濃度AFB1的熒光傳感圖像，手機上顏色識別應用程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)為RGB值，利用RGB比率確定AFB1濃度。該基于智能手機平臺對AFB1具有較大的定量分析潛力，經(jīng)茶葉、豆粉回收率測試及HPLC法驗證，3D-pCPs-(1-3)的熒光傳感技術(shù)檢測真實食品樣本中的AFB1具有出色的準確性和可靠性。


  論文第一作者為北京石油化工學院新材料與化工學院2022級碩士生李俊穎，論文通訊作者為北京石油化工學院王浩副教授、聊城大學李允伍教授和河北北方學院李俊萱講師。


  原文鏈接：

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.159481


  下載：A series of colorimetric and self-calibrated fluorescent sensors based on Ln-BTCs for detection of aflatoxin B1 in food

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（責任編輯：xu）
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