丙烯酰胺是國(guó)際癌癥研究中心認(rèn)定的 “2A 類(lèi)致癌物”，常見(jiàn)于薯?xiàng)l、咖啡、面包等油炸、烘焙食品中，具有神經(jīng)毒性、致癌性和致突變性?，F(xiàn)有檢測(cè)方法如酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定、質(zhì)譜、電化學(xué)分析和氣相色譜 - 質(zhì)譜等存在儀器昂貴、操作復(fù)雜、預(yù)處理繁瑣等問(wèn)題，難以滿(mǎn)足快速、低成本、超靈敏的檢測(cè)需求，因此開(kāi)發(fā)新型檢測(cè)策略具有重要意義。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)水熱法合成了具有氧化酶模擬活性的 Cu-CN SANs。在酸性條件下，該納米酶可催化無(wú)色底物 3,3',5,5'- 四甲基聯(lián)苯胺（TMB）氧化生成藍(lán)色產(chǎn)物 oxTMB。當(dāng)體系中存在谷胱甘肽（GSH）時(shí)，其巰基會(huì)抑制納米酶活性，溶液顏色褪為無(wú)色；而丙烯酰胺的加入會(huì)通過(guò)巰基 - 烯邁克爾加成反應(yīng)消耗 GSH，使納米酶活性恢復(fù)，溶液重新變?yōu)樗{(lán)色，形成 “off-on” 型比色響應(yīng)。
圖 1：TEM 及 AC-HAADF-STEM 顯示 Cu-CN 單原子納米酶為八面體結(jié)構(gòu)，銅單原子均勻分散于碳載體，元素映射證實(shí) Cu、N、C 分布。
圖 2：XRD、拉曼光譜和 XPS 表明材料具氮摻雜石墨碳結(jié)構(gòu)，銅以單原子形式存在并形成 Cu-Nx 活性位點(diǎn)。
該方法對(duì)丙烯酰胺的線(xiàn)性檢測(cè)范圍為 0.05-15 μM，檢測(cè)限低至 15.4 nM，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD%）低于 4.3%。在面包、餅干、薯片等實(shí)際食品樣本中，加標(biāo)回收率達(dá) 95.3%-103.6%，與高效液相色譜（HPLC）結(jié)果吻合良好。選擇性實(shí)驗(yàn)表明，丙烯酸、咖啡酸等結(jié)構(gòu)類(lèi)似物幾乎不干擾檢測(cè)，證實(shí)了方法的特異性。
圖 3：紫外 - 可見(jiàn)光譜驗(yàn)證 “off-on” 比色機(jī)制，GSH 抑制催化，丙烯酰胺加入后恢復(fù) TMB 氧化顯色。
圖 4：動(dòng)力學(xué)分析顯示 Cu-CN 單原子納米酶對(duì) TMB 催化效率高，米氏常數(shù)低。
研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了便攜式檢測(cè)平臺(tái)，將反應(yīng)體系集成至試紙條，通過(guò)智能手機(jī) ColorAssist 應(yīng)用分析顏色變化的 RGB 值。結(jié)果顯示，（G+B）/2R 比值與丙烯酰胺濃度在 0.25-20 μM 范圍內(nèi)呈良好線(xiàn)性，檢測(cè)限為 146 nM。試紙條在 4℃干燥環(huán)境下儲(chǔ)存 10 天后仍保持穩(wěn)定性能，適用于現(xiàn)場(chǎng)快速篩查。
圖 5：檢測(cè)性能數(shù)據(jù)表明線(xiàn)性范圍 0.05–15 μM，檢測(cè)限 15.4 nM，選擇性和穩(wěn)定性良好。
圖 6：智能手機(jī)檢測(cè)平臺(tái)通過(guò)試紙條顏色 RGB 值分析丙烯酰胺濃度，檢測(cè)限 146 nM，試紙條儲(chǔ)存穩(wěn)定。
與傳統(tǒng)檢測(cè)方法（如質(zhì)譜、電化學(xué)分析）相比，該策略無(wú)需昂貴儀器，操作簡(jiǎn)單且成本低廉，結(jié)合單原子納米酶的高催化效率和智能手機(jī)的便攜性，為食品中痕量丙烯酰胺的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供了新范式。未來(lái)研究將聚焦于優(yōu)化圖像分析算法，拓展單原子納米酶在其他食品污染物檢測(cè)中的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：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.
來(lái)源：微生物安全與健康網(wǎng)，作者~徐禮龍。
