基于微环境编程与近红外调控的自激活级联化学动力学抗菌包装膜及其在食品保鲜中的应用研究

本研究创新构建了微环境响应与近红外光协同调控的CaO2@CAFe纳米平台，通过壳聚糖（CS）膜基质提供酸性微环境触发CaO2水解自供H2O2，结合类过氧化物酶（POD-like）催化产生·OH实现级联抗菌。近红外光（NIR）作为"智能开关"可精准提升催化效率，实现"按需爆发/常规防护"双模式杀菌。该薄膜对细菌/真菌杀灭率达99.9%，显著延长小番茄保质期10天，兼具增强紫外线屏蔽、机械强度与生物安全性，为食品防腐提供了创新解决方案。

　　

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Materials and reagents

本研究涉及的化学试剂与生物材料来源如下：3,3′,5,5′-四甲基联苯胺（TMB，≥99% HPLC）和绿原酸（98%）购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。壳聚糖（脱乙酰度：80.0–95.0%；粘度=50–800 mPa·s，BR）源自国药集团化学试剂有限公司。六水合氯化铁（99%）来源于上海麦克林生化科技股份有限公司。无菌脱纤维绵羊血由青岛海博生物技术有限公司提供。

Synthesis and characterization of CaO₂@CAFe NPs

过氧化钙纳米晶体参照已有方法合成（Yang et al., 2024）。CaO₂@CAFe通过绿原酸（CA）与Fe³⁺的金属-多酚配位自组装网络封装过氧化钙（图1A）。如图1B所示，透射电镜显示过氧化钙呈规则团聚体（直径≈130 nm）。CA丰富的酚羟基和共轭双键赋予其卓越的电子转移能力，通过与Fe³⁺配位形成稳定网络结构。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）证实CA与Fe³⁺通过邻苯二酚-Fe配位键结合，X射线光电子能谱（XPS）显示Fe 2p轨道结合能位移验证配位成功。X射线衍射（XRD）图谱显示CaO₂@CAFe保留了过氧化钙晶体结构，热重分析（TGA）证明其热稳定性显著提升。

Conclusions

本研究通过合理设计CaO₂@CAFe功能填料，成功构建了兼具微环境响应与光控催化活性的包装系统（CCF-CS），协同整合了安全性、可持续性与多模式抗菌效能。该系统能响应酸性微环境原位释放H₂O₂底物，自主激活级联反应，并通过近红外光"智能开关"实现催化效率的正向调控，为食品保鲜领域的微生物污染挑战提供了创新性解决方案。