天津科技大学食品科学与工程学院在纳米酶辅助的食品安全检测研究领域取得重要进展

近日，我校潘明飞教授、王硕教授团队在国际食品Top期刊《Trends in Food Science & Technology》和《Food Chemistry》分别发表题为“Review: Nanozyme-based point-of-care testing for portable and on-site monitoring of food contaminants”的综述论文和“Fluorescent NH2-MIL-88(Fe)-stabilized PtNPs nanozyme for dual-channel “OFF-ON” simultaneous and visual detection of glyphosate and Pb2+ in agri-environments and foodstuffs”的研究性论文。食品科学与工程学院2024级博士研究生李慧琳为第一作者，潘明飞、王硕教授为共同通讯作者，天津科技大学为唯一作者单位。

食品安全作为公共卫生领域的核心议题，与人类健康、经济发展和社会稳定紧密相连。当前，人类活动引发的各类污染导致重金属、生物毒素、抗生素残留等有害物在环境和食物链中存在，严重威胁了生态环境安全与人类健康。纳米酶克服了天然酶分子稳定性欠佳、生产成本高等问题，以其为基础的即时检测（POCT）技术凭借其便捷性、快速、现场化及低成本的优势，亦成为食品安全检测的有效工具。

图1. Graphic Abstract

工作一系统地总结了各类纳米酶的催化机制及其在食品污染物即时检测中的应用，重点阐述了高催化活性纳米酶在提高POCT技术对食品污染物检测灵敏度与准确度方面的优势；同时指出，通过调控纳米酶尺寸、形貌或进行表面功能化设计，能够有效优化其催化性能；人工智能领域的最新进展使机器学习模型成为纳米酶的设计和性能优化提供了变革性的工具。通过数据分析、机器学习算法和理论计算的深度整合，有助于研究人员阐明纳米酶复杂的催化机制，实现在原子尺度上精确调控活性位点、电子结构和反应路径。

图2 纳米酶的催化机制

图3 基于纳米酶的 POCT 技术在食品污染物监测中的挑战和未来展望

纳米酶具有强大、稳定的催化活性，集成于POCT设备中时，不仅能够适应复杂的食品基质环境、精准识别痕量污染物，并能够实现信号放大，显著提升POCT检测的可靠性和灵敏度。综述进一步论证了基于纳米酶的POCT技术凭借高灵敏、高通量、便携、现场检测、低成本等优势，成为食品安全监测或污染物检测的有力工具，具有巨大的应用前景，同时也指出了其所面临着技术挑战和未来发展方向。

工作二设计并成功构建了一种兼具类过氧化物酶活性与荧光特性的双功能NH2-MIL-88(Fe)@Pt纳米酶，开发了双通道“OFF-ON”水凝胶传感检测平台，实现了对农药草甘膦与重金属Pb2+的同步可视化检测。

图4基于NH2-MIL-88(Fe)@Pt纳米酶的双通道“OFF-ON”水凝胶传感对草甘膦和Pb2+同步可视化检测

研究构建的双通道“OFF-ON”响应模式中，半胱胺（CA）能通过配位作用对NH2-MIL-88(Fe)@Pt纳米酶催化TMB氧化反应产生抑制效应，而与Pb2+的螯合作用能够解除该抑制效应，从而实现对Pb2+的特异性、灵敏定量分析，其检测限达到0.0049 μg/mL。NH2-MIL-88(Fe)@Pt纳米酶表面富集的- NH2基团可通过Cu2+诱导的Lewis酸碱配位作用引发荧光猝灭；而草甘膦与Cu2+发生螯合作用时，体系荧光得以恢复，进而实现草甘膦的定量检测，检测限为0.0082 μg/mL。基于上述纳米酶传感机制，研究进一步开发了集成智能手机图像分析的NH2-MIL-88(Fe)@Pt纳米酶水凝胶检测平台，同时实现草甘膦与Pb2+的半定量可视化分析。

图5 (A) NH2-MIL-88(Fe)@Pt纳米酶、CA和Pb2+之间的“OFF-ON”作用机制

上述两项研究成果的发表，为纳米酶在POCT技术及设备的应用与发展提供了新的思路和方向，有望推动相关技术的进一步革新，并应用于农业环境监测、食品安全检测等领域。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.tifs.2025.105062

https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2025.144906

编辑：田珺