一种双模式纸质芯片,用于通过路易斯碱诱导的原位荧光系统实时检测鱼肉中的组胺

时间:2026年1月27日
来源:Microchemical Journal

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海产品中组胺的快速检测方法研究。本研究开发了一种基于Lewis碱诱导的纸基芯片,结合智能手机RGB识别,实现鱼类组胺的实时荧光/颜色双模式检测。通过优化吐温80浓度(1%)增强了荧光信号和稳定性,检测限达16.67 nM,并成功应用于三种鱼类样本的现场监测,为海产品安全提供了可靠工具。

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张一丹|赖玉华|马一飞|葛琳|刘金花
柔性电子国家重点实验室(LoFE)与先进材料研究所(IAM),南京工业大学柔性电子学院(未来技术),南京211816,中国

摘要

由于海鲜中的过量组胺(His)对健康构成重大威胁,因此开发智能、现场和可视的多模态方法来检测鱼肉新鲜度受到了广泛关注。在这项研究中,我们开发了一种基于路易斯碱的纸质芯片,并结合智能手机的RGB(红、绿、蓝)识别技术,用于实时进行比色/荧光双模式检测鱼肉中的组胺。该传感机制基于组胺在多巴胺和3-乙氨基-4-甲基酚反应中快速生成绿色荧光化合物(GFC)的催化作用。有趣的是,加入1%的吐温80(TW)显著增强了系统的荧光信号和实时稳定性,实现了16.67 nM的出色检测限。通过将GFC探针固定在Whatman 1滤纸上,进一步开发出了一种基于纸张的组胺测试条。利用智能手机的RGB分析可以实现对鱼肉新鲜度的视觉和实时评估。所开发的传感器表现出出色的选择性、稳定性和灵敏度,并已成功应用于监测不同鱼类(鲫鱼、沙丁鱼和金鲽鱼)样品中的组胺含量,为防止组胺中毒提供了可靠的方法。因此,这项工作提出了一个坚固、低成本且用户友好的即时检测平台,在智能食品监测和环境传感方面具有巨大潜力。

引言

组胺(His)是一种通过L-组氨酸脱羧产生的杂环胺,常见于鱼类产品中,尤其是在绿色皮肤、红色肉质的鱼类及其衍生物中,尤其是在变质或储存条件不佳的情况下[1]、[2]、[3]、[4]。虽然低浓度的组胺在正常生理过程中起作用,但高浓度会导致过敏反应,表现为皮肤发红、头痛、心动过速和腹泻,甚至可能危及生命[5]、[6]。为了降低这些风险,各国监管机构对鱼类和鱼类产品中的组胺含量制定了限制。在中国和土耳其,允许的最大含量为200 mg·kg−1(GB 2733–2015)[7]、[8],欧盟也采用了这一标准。相比之下,美国食品药品监督管理局(FDA)设定的限制更为严格,为50 mg·kg−1[9]、[10]。因此,确定这些食品中的组胺含量至关重要。
迄今为止,已有多种方法用于检测组胺,包括高效液相色谱(HPLC)[11]、毛细管电泳[12]、[13]、酶联免疫吸附测定(ELISA)[14]、[15]以及电化学方法[16]、[17]、[18]、[19]。尽管这些方法可以检测低浓度的组胺,但其复杂的操作和昂贵的试剂限制了它们在现场检测中的应用。比色和光学生物传感器因响应迅速、实时监测和高灵敏度而受到越来越多的关注[20]、[21]、[22]、[23]。例如,张等人使用抗组胺抗体与Cu2-xSe纳米颗粒结合,作为光热纳米探针用于组胺检测[24]。刘等人开发了一种比率荧光测试条用于视觉检测组胺[25]。然而,这些方法通常依赖于单一类型的信号(例如仅荧光),仍可能受到环境干扰和仪器因素的影响,从而影响检测的可靠性。为了提高检测精度,结合比色和荧光方法的双信号传感器可以显著消除人为错误,提高抗干扰能力,扩展线性检测范围,提高准确性和可靠性,并增加应用灵活性[26]、[27]、[28]、[29]。例如,Ampika等人设计了Au0-NPsALz,实现了海鲜中组胺的比色和荧光双模式检测[30]。然而,上述生物传感器需要较长时间才能使信号稳定,并且依赖于肉眼观察,导致测试结果不准确。因此,开发用于精确定量组胺的多模态生物传感器至关重要。
在这里,我们开发了一种由路易斯碱触发的纸质芯片,通过智能手机的RGB(红、绿、蓝)识别技术实现组胺的实时荧光和比色双模式检测。该传感机制基于组胺存在下多巴胺(DA)和3-(乙氨基)-4-甲基酚(3-EAP)混合物快速生成绿色荧光化合物(GFC)的反应。加入1%的吐温80显著增强了系统的荧光信号和实时稳定性。通过精确控制荧光反应并优化测试条的组装条件,我们成功制备了一系列比色测试条,并附带标准色卡,从而能够快速在现场筛查和预警鱼肉样品中的组胺(图1)。此外,通过“Color Assist”应用程序将比色测试条与智能手机集成,实现了组胺的定量分析。总体而言,这种测试条提供了一种简单、经济且直观的快速组胺检测方法,为即时检测(POCT)和简化检测流程奠定了重要基础。

化学物质和试剂

盐酸多巴胺(DA)、1,4-二氨基丁烷、氢氧化钠、三乙胺、环己胺、苯胺、二丁胺、抗坏血酸(AA)、谷胱甘肽(GSH)、FeSO4、NaHSO3、NaBH4和草酸(H2C2O4均购自Macklin Biochemical Co., Ltd.(上海,中国)。3-(乙氨基)-4-甲基酚(3-EAP)购自Yuanye Bio-Technology Co., Ltd.(上海,中国)。吐温20和吐温80购自Hushi Laboratorial Equipment Co., Ltd.(上海,中国)。

DA与3-EAP之间的组胺诱导荧光反应

MnO4能够催化DA与3-EAP之间的荧光反应,生成强荧光化合物GFC[31]。受此荧光反应的启发,我们发现DA与3-EAP的原位荧光反应也可以由咪唑衍生物组胺催化。基于这一发现,我们开发了一种由组胺诱导的原位荧光传感器。为了评估该传感器检测组胺的可行性,我们进行了紫外-可见光吸收的研究

结论

总结来说,我们成功构建了一种基于路易斯碱诱导的原位荧光系统的双模式纸质芯片,用于实时检测鱼肉中的组胺。该芯片基于组胺催化的DA与3-EAP之间的反应,快速生成GFC。这种纸质芯片具有以下突出特点:(i)加入1%的吐温80显著增强了系统的荧光信号和实时稳定性,使得组胺的检测灵敏度大大提高,检出限为

CRediT作者贡献声明

张一丹:撰写——原始草稿、数据管理、正式分析、研究、方法学、验证。赖玉华:数据管理、撰写——审阅与编辑、验证、撰写——原始草稿。马一飞:数据管理、撰写——审阅与编辑。葛琳:撰写——审阅与编辑、数据管理、项目管理。刘金花:撰写——审阅与编辑、资金获取、项目管理、资源协调、监督、概念构思、正式分析。

未引用的参考文献

[39]、[40]、[41]、[42]、[43]、[44]、[45]、[46]

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
以下是与本文相关的补充数据。

致谢
作者感谢国家自然科学基金(资助编号:22174065、62288102)的支持。

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