以下文章来源于纳米酶 Nanozymes ，作者Nanozymes
研究表明，通过饮食摄入更多的十字花科蔬菜有利于降低包括心血管疾病和癌症等在内的患病风险。这是因为十字花科蔬菜中特异性地存在着一种β-硫代葡萄糖苷酶，也称黑芥子酶（Myr），它能够催化蔬菜中非生物活性物质硫代葡萄糖苷水解产生具有抗癌、抗氧化、抗炎功效的异硫氰酸酯等生物活性物质。因此，黑芥子酶成为全面评估食品营养价值的重要参考成分，但目前针对复杂生物基质环境中的黑芥子酶活性检测研究大部分仍依赖于大型仪器，便捷性低且成本高；抗体亲和方法会导致“假阳性”信号的产生，难以保证检测结果的准确性；凝胶法则需要复杂的样品处理与准备过程，检测稳定性也有待提高。因此，开发迅速便携、特异性高、抗干扰能力强、稳定性好的高通量检测技术，以满足对复杂实际样品中黑芥子酶的分析来说至关重要。
基于此，新加坡南洋理工大学邢本刚教授课题组与南京师范大学蔡称心教授课题组合作，在近期近红外二区光热响应传感平台的研究工作基础之上（ACS Nano, 2019, 13, 5816; Nano Research, 2019, 12, 49），首次报道了AuNP仿生酶参与的近红外二区光热响应与比色法双通道协同食品检测策略。该方法利用AuNPs仿生酶参与的多步级联酶促反应有助于提高检测平台的稳定性，一定程度地降低了检测成本；还充分发挥近红外二区吸收光谱的优势几乎完美地避开了植物本身吸收对检测结果的影响（降低背景信号，提高抗干扰能力）；同时光热效应与比色法协同传感提高了检测结果的可靠性；最后，作者还开发了智能数据处理平台来提高检测平台的便携性，以实现对食品中黑芥子酶的高效实时智能化分析。
该工作的检测原理如图1所示，作者通过添加特异性底物黑芥子苷（Sin），经待测的黑芥子酶与葡萄糖氧化酶（GOx）多步级联酶促反应后产生过氧化氢（H2O2），然后H2O2在AuNPs仿生酶的催化作用下与3,3',5,5'-四甲基联苯胺（TMB）形成具有近红外二区光热效应与可视化显色响应的电荷转移复合物CTC，并建立了双通道响应信号与黑芥子酶含量的定量关系以实现精确的协同检测。进一步地，团队基于建立的显色-浓度关系开发了基于智能手机的图像处理程序以实现对比色信号的高效处理与可视化呈现，从而实现样品检测数据的实时快速读出。
图1. 基于近红外二区光热与比色协同实时检测黑芥子酶与智能手机处理输出结果示意图。
首先，作者验证了电荷转移复合物CTC的近红外二区吸收表现出对黑芥子酶活性的依赖，酶活性与近红外二区吸收及温度的关系协同验证了检测体系的可靠性，同时也验证了近红外二区光热效应抗干扰，低背景的优势，可以用于复杂样品环境中的黑芥子酶检测（图2）。
图2. 近红外二区光热响应与吸收的协同检测建立及检测体系抗干扰能力验证。（A）不同Myr浓度的吸收光谱与比色照片；（B）1064 nm处吸光度和温度分别与Myr浓度的关系图；（C）和（D）体系中干扰因素对1064 nm处吸光度和光热响应的影响。
此外，作者还探究了近红外二区光热效应随激发时间与酶活性的依赖关系以优化检测条件。循环光热测试验证了AuNPs仿生酶的高稳定性及CTC的光热循环稳定性（图3）。
图3. 近红外二区光热响应与与黑芥子酶活性依赖关系及体系的光热循环稳定性验证。（A）不同浓度黑芥子酶样品温度随时间的变化情况；（B）不同浓度黑芥子酶样品激光照射不同时间后的红外热图像；（C）黑芥子酶检测体系的热循环稳定性。
最后，如图4，作者借助智能手机数据处理及结果输出的能力，基于光热效应产生的温度信号及比色信号与黑芥子酶浓度的关系开发了信号识别处理程序，该程序可以通过图像识别从色度比值信号计算出系列蔬菜，膳食营养补充剂及食品调味剂中黑芥子酶含量。
图4. 实际蔬菜样本中Myr的检测。（A）不同蔬菜样品在1064 nm处的吸光度；（B）光热效应引起的不同蔬菜样品的温度变化；（C）智能手机分析蔬菜中黑芥子酶的示意图；（D）利用该方法分析不同蔬菜样品中黑芥子酶的结果。
综上所述，本论文提出的基于近红外二区光热效应和比色信号的双通道食品检测平台具有低背景、抗干扰、高特异性、简单实时等优势；此外，AuNPs仿生酶的使用提高了检测平台在复杂生物基质环境下的稳定性，一定程度降低了检测成本；同时通过开发基于智能手机的数据处理程序实现了对于复杂实际样品中黑芥子酶的快速高通量实时分析，该检测平台在大规模食品安全检查与营养价值评估方面有潜在的应用价值。
研究成果以“Near Infrared-II Photothermal and Colorimetric Synergistic Sensing for Intelligent Onsite Dietary Myrosinase Profiling”为题，近期发表在国际化学权威杂志Analytical Chemistry上（DOI: 10.1021/acs.analchem. 2c05474）。南京师范大学博士研究生乔玲和南洋理工大学博士研究生郎文超为本工作的共同第一作者。南洋理工大学邢本刚教授，南京师范大学蔡称心教授为共同通讯作者。该研究工作得到了新加坡南洋理工大学、教育部（MOE）、科研发展局（A*star）、国家自然科学基金、国家留学基金委（CSC）等项目的支持。
转自：“NANO学术”微信公众号
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