基于 Cu-CN 单原子纳米酶的智能手机辅助超灵敏比色法检测油炸食品中丙烯酰胺
发布时间：2025-06-20 浏览次数：5 分享：
丙烯酰胺是国际癌症研究中心认定的 “2A 类致癌物”，常见于薯条、咖啡、面包等油炸、烘焙食品中，具有神经毒性、致癌性和致突变性。现有检测方法如酶联免疫吸附测定、质谱、电化学分析和气相色谱 - 质谱等存在仪器昂贵、操作复杂、预处理繁琐等问题，难以满足快速、低成本、超灵敏的检测需求，因此开发新型检测策略具有重要意义。
研究团队通过水热法合成了具有氧化酶模拟活性的 Cu-CN SANs。在酸性条件下，该纳米酶可催化无色底物 3,3',5,5'- 四甲基联苯胺（TMB）氧化生成蓝色产物 oxTMB。当体系中存在谷胱甘肽（GSH）时，其巯基会抑制纳米酶活性，溶液颜色褪为无色；而丙烯酰胺的加入会通过巯基 - 烯迈克尔加成反应消耗 GSH，使纳米酶活性恢复，溶液重新变为蓝色，形成 “off-on” 型比色响应。
图 1：TEM 及 AC-HAADF-STEM 显示 Cu-CN 单原子纳米酶为八面体结构，铜单原子均匀分散于碳载体，元素映射证实 Cu、N、C 分布。
图 2：XRD、拉曼光谱和 XPS 表明材料具氮掺杂石墨碳结构，铜以单原子形式存在并形成 Cu-Nx 活性位点。
该方法对丙烯酰胺的线性检测范围为 0.05-15 μM，检测限低至 15.4 nM，相对标准偏差（RSD%）低于 4.3%。在面包、饼干、薯片等实际食品样本中，加标回收率达 95.3%-103.6%，与高效液相色谱（HPLC）结果吻合良好。选择性实验表明，丙烯酸、咖啡酸等结构类似物几乎不干扰检测，证实了方法的特异性。
图 3：紫外 - 可见光谱验证 “off-on” 比色机制，GSH 抑制催化，丙烯酰胺加入后恢复 TMB 氧化显色。
图 4：动力学分析显示 Cu-CN 单原子纳米酶对 TMB 催化效率高，米氏常数低。
研究团队进一步开发了便携式检测平台，将反应体系集成至试纸条，通过智能手机 ColorAssist 应用分析颜色变化的 RGB 值。结果显示，（G+B）/2R 比值与丙烯酰胺浓度在 0.25-20 μM 范围内呈良好线性，检测限为 146 nM。试纸条在 4℃干燥环境下储存 10 天后仍保持稳定性能，适用于现场快速筛查。
图 5：检测性能数据表明线性范围 0.05–15 μM，检测限 15.4 nM，选择性和稳定性良好。
图 6：智能手机检测平台通过试纸条颜色 RGB 值分析丙烯酰胺浓度，检测限 146 nM，试纸条储存稳定。
与传统检测方法（如质谱、电化学分析）相比，该策略无需昂贵仪器，操作简单且成本低廉，结合单原子纳米酶的高催化效率和智能手机的便携性，为食品中痕量丙烯酰胺的实时监测提供了新范式。未来研究将聚焦于优化图像分析算法，拓展单原子纳米酶在其他食品污染物检测中的应用。
参考文献：Ge J, Sun X, Li X, et al. Smartphone-assisted ultrasensitive colorimetric strategy based on Cu-CN single-atom nanozyme for acrylamide detection in fried food[J]. Food Chemistry, 2025: 145066.
来源：微生物安全与健康网，作者~徐礼龙。
