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陜科大姜慧娥/劉新華等 J. Hazard. Mater.：用于食品和飲用水安全實(shí)時監(jiān)測的紙基雙功能熒光平臺
2024-02-20  來源：高分子科技

  近日，陜西科技大學(xué)姜慧娥/劉新華等報(bào)道了一種集成智能手機(jī)顏色識別應(yīng)用程序的香豆素雙功能紙基熒光平臺，可實(shí)現(xiàn)對Cu2+和H2S快速、準(zhǔn)確的實(shí)時監(jiān)測。相關(guān)研究成果發(fā)表于國際著名期刊Journal of Hazardous Materials。


  Cu2+污染和食品變質(zhì)引發(fā)的飲用水和食品安全問題，對人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。嚴(yán)格控制水質(zhì)是確保水安全的關(guān)鍵。重金屬污染，特別是銅離子，已成為水污染的主要原因。同樣地，食品腐敗也在全球范圍內(nèi)引發(fā)了嚴(yán)重的食品安全問題。有機(jī)富硫天然食品因降解含硫氨基酸(半胱氨酸、蛋氨酸等)而產(chǎn)生H2S，是肉類和蛋白質(zhì)變質(zhì)的一個特征指標(biāo)。 


圖1. Cu2+和H2S水平異常引起的疾病以及檢測方法對比


  傳統(tǒng)的定量檢測Cu2+和H2S以及監(jiān)測飲用水和食品腐敗的方法仍需要昂貴的儀器，復(fù)雜、耗時、樣品前處理和勞動密集型操作。其繁瑣和復(fù)雜的操作程序使其不適合對不安全的食物或水進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和目測。該團(tuán)隊(duì)提出了一種用戶友好、高精度、快速響應(yīng)和實(shí)時視覺監(jiān)控的生物紙基雙功能熒光平臺。基于香豆素量子產(chǎn)率高、生物相容性好、光穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)合成了香豆素傳感器CMIA。CMIA對銅離子具有良好的選擇性和靈敏度，并且具有低檢測下限(0.430 μM)。此外，CMIA與Cu2+形成化學(xué)穩(wěn)定的絡(luò)合物CMIA-CU，能夠選擇性識別H2S，檢測限為0.562 μM。將CMIA和CMIA-CU負(fù)載到纖維濾紙上，制備生物質(zhì)紙基熒光材料CMIA-FP和 CMIA-CU-FP，用于Cu2+和H2S的可視化實(shí)時監(jiān)測。


圖2. CMIA對Cu2+的選擇性檢測


圖3. CMIA-CU對H2S的選擇性檢測


圖4. CMIA-CU-FP的制備及表征


  將制備的生物紙基熒光傳感器CMIA-FP應(yīng)用于自來水銅離子檢測，采用加標(biāo)法，將不同濃度的自來水樣滴加到CMIA-FP上，在自然光下觀察傳感器的顏色變化，為了確保拍攝亮度一致，在可調(diào)節(jié)的拍照相中獲取傳感器圖片，然后通過顏色識別手機(jī)應(yīng)用程序讀取CMIA-FP的R、G和B值。銅離子濃度與B值呈良好的線性關(guān)系(y = -0.192x + 139.98, R2 = 0.940)。將CMIA-CU-FP放置于盛有雞胸肉和蝦肉的培養(yǎng)皿中，將培養(yǎng)皿置于恒溫恒濕箱中72h，每24h記錄傳感器顏色變化，CMIA-CU-FP的顏色從深紅色變?yōu)樯铧S色，根據(jù)顏色變化來檢測食物生鮮度，顏色識別器讀取在不同時間傳感器的R、G和B值，CMIA-CU-FP的R-G值與儲存時間呈良好的線性關(guān)系，分別為雞胸肉y=-0.475x+41.5，R2=0.945，蝦y=-0.586x+88.95，R2=422 0.841。 


圖5. 生物紙基熒光平臺應(yīng)用于飲用水和食物安全檢測


  相關(guān)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”為題發(fā)表在Journal of Hazardous Materials（Journal of Hazardous Materials, DOI: 10.1016/j.jhazmat.2024.133735）上。感謝國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金、陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目對本工作的大力支持！


  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.133735

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