革新食品安全检测：一种基于纳米酶的三通道生物传感器实现河豚毒素的现场快速检测

河豚毒素（TTX）是一种主要存在于河豚鱼器官中的非蛋白质神经毒素，它可以通过食物链生物积累，最终影响人类健康和生命。TTX中毒可能导致瘫痪、呼吸衰竭甚至死亡，即使是很小的剂量也可能对成年人造成中毒。中国国家标准对新鲜和冷冻河豚鱼中TTX的最大允许限量设定为2 mg/kg。因此，为了最小化与TTX相关健康风险，迫切需要开发出敏感且精确的测试方法进行早期现场监测。传统的检测方法，如HPLC, LC-MS, ELISA以及小鼠生物测定法存在成本高、耗时长、操作复杂等缺点，不适合现场快速检测，故亟需开发一种特异性强、灵敏度高且操作简单的检测出方法。基于此，集美大学和江苏大学共同研究出了基于Fe₃O₄@Cu纳米酶的生物传感器。

如下图所示，研究人员用 L-Lys 对表面带有羟基的 Fe₃O₄进行改性，引入了-NH₂基团。随后，Cu^{2 +} 离子通过-NH₂与 Cu^{2 +} 形成的络合物结合。最后，用 NaBH₄还原 Cu^{2 +} 离子，形成 Fe₃O₄@Cu。而纳米酶Fe₃O₄@Cu可以表现出类似于过氧化物酶的活性，催化H₂O₂-TMB反应，生成oxTMB。TTX适配体（apt）可以特异性地结合到TTX分子上，在没有TTX存在时，apt会覆盖在Fe₃O₄@Cu纳米酶的活性位点上，抑制其催化活性，故只有在TTX存在时，Fe₃O₄@Cu纳米酶才能发挥催化活性，基于此原理，通过模拟过氧化物酶的活性，催化H₂O₂-TMB反应，通过测定系统中TMB氧化产物（oxTMB）的生成量来定量检测TTX的浓度。

为了对TTX进行定量，研究人员采用了三种不同的信号通道进行检测，分别是SERS、比色法和图像处理，通过模拟过氧化物酶的活性。其中，SERS通道是利用SERS技术检测由oxTMB产生的特定拉曼峰的变化，该峰的强度与TTX浓度成正比；比色法通道是通过测量oxTMB在652 nm处的吸光度变化来定量TTX，吸光度的增加与TTX浓度成正比；图像处理通道是通过图像处理技术分析由oxTMB引起的颜色变化，将颜色变化转换为RGB值，这些值与TTX浓度呈线性关系。该三通道生物传感器在最佳条件下对TTX的检测限分别为SERS通道0.055 ng/mL、比色法通道2.127 ng/mL和图像处理通道0.243 ng/mL，显示出高灵敏度和准确性。

总而言之，这项研究展示了纳米酶生物传感器在食品安全领域的应用潜力，为未来相关技术的发展奠定了基础。这项技术在生活中的应用可以让我们更加安心地享受河豚鱼的美味并且不用担心隐藏的风险，并且基于类似的原理还可以开发出适用于其他毒素快速现场检测的生物传感器设备。

论文来源：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.140566