陕科大姜慧娥/刘新华等 J. Hazard. Mater.：用于食品和饮用水安全实时监测的纸基双功能荧光平台

2024-02-20 来源：高分子科技

近日，陕西科技大学姜慧娥/刘新华等报道了一种集成智能手机颜色识别应用程序的香豆素双功能纸基荧光平台，可实现对Cu²⁺和H₂S快速、准确的实时监测。相关研究成果发表于国际著名期刊Journal of Hazardous Materials。

Cu²⁺污染和食品变质引发的饮用水和食品安全问题，对人类健康构成严重威胁。严格控制水质是确保水安全的关键。重金属污染，特别是铜离子，已成为水污染的主要原因。同样地，食品腐败也在全球范围内引发了严重的食品安全问题。有机富硫天然食品因降解含硫氨基酸(半胱氨酸、蛋氨酸等)而产生H₂S，是肉类和蛋白质变质的一个特征指标。

图1. Cu²⁺和H₂S水平异常引起的疾病以及检测方法对比

传统的定量检测Cu²⁺和H₂S以及监测饮用水和食品腐败的方法仍需要昂贵的仪器，复杂、耗时、样品前处理和劳动密集型操作。其繁琐和复杂的操作程序使其不适合对不安全的食物或水进行实时监测和目测。该团队提出了一种用户友好、高精度、快速响应和实时视觉监控的生物纸基双功能荧光平台。基于香豆素量子产率高、生物相容性好、光稳定性强等优点，设计合成了香豆素传感器CMIA。CMIA对铜离子具有良好的选择性和灵敏度，并且具有低检测下限(0.430 μM)。此外，CMIA与Cu²⁺形成化学稳定的络合物CMIA-CU，能够选择性识别H₂S，检测限为0.562 μM。将CMIA和CMIA-CU负载到纤维滤纸上，制备生物质纸基荧光材料CMIA-FP和 CMIA-CU-FP，用于Cu²⁺和H₂S的可视化实时监测。

图2. CMIA对Cu²⁺的选择性检测

图3. CMIA-CU对H₂S的选择性检测

图4. CMIA-CU-FP的制备及表征

将制备的生物纸基荧光传感器CMIA-FP应用于自来水铜离子检测，采用加标法，将不同浓度的自来水样滴加到CMIA-FP上，在自然光下观察传感器的颜色变化，为了确保拍摄亮度一致，在可调节的拍照相中获取传感器图片，然后通过颜色识别手机应用程序读取CMIA-FP的R、G和B值。铜离子浓度与B值呈良好的线性关系(y = -0.192x + 139.98, R²= 0.940)。将CMIA-CU-FP放置于盛有鸡胸肉和虾肉的培养皿中，将培养皿置于恒温恒湿箱中72h，每24h记录传感器颜色变化，CMIA-CU-FP的颜色从深红色变为深黄色，根据颜色变化来检测食物生鲜度，颜色识别器读取在不同时间传感器的R、G和B值，CMIA-CU-FP的R-G值与储存时间呈良好的线性关系，分别为鸡胸肉y=-0.475x+41.5，R²=0.945，虾y=-0.586x+88.95，R²=422 0.841。

图5. 生物纸基荧光平台应用于饮用水和食物安全检测

相关成果以“All-in-one strategy for the nano-engineering of paper-based bifunctional fluorescent platform for robustly-integrated real-time monitoring of food and drinking-water safety”为题发表在Journal of Hazardous Materials（Journal of Hazardous Materials, DOI: 10.1016/j.jhazmat.2024.133735）上。感谢国家自然科学基金、中国博士后科学基金、陕西省重点研发计划等项目对本工作的大力支持！

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.133735

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（责任编辑：xu）

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