基于3D打印水凝胶纳米酶（FCP）的平菇总抗氧化活性智能检测新策略

本研究针对平菇总抗氧化能力（TAC）传统检测方法操作复杂、成本高、难以现场应用的问题，开发了一种基于铁配位聚合物（FCP）纳米酶和3D打印水凝胶的智能手机辅助即时检测（POCT）系统。该系统利用FCP纳米酶的类过氧化物酶活性催化H2O2/TMB显色反应，通过抗氧化剂抑制显色程度实现TAC的快速、可视化定量检测，检出限低至0.34 mmol/L，成功应用于野生与栽培平菇的TAC差异分析，为食品抗氧化活性现场检测提供了创新解决方案。

　　

平菇（Pleurotus ostreatus）作为一种广受消费者喜爱的食用菌，不仅营养价值丰富，还具有显著的药用价值。近年来，随着人们对健康食品需求的日益增长，平菇因其富含抗氧化成分而备受关注。抗氧化剂在预防癌症、心血管疾病和神经退行性疾病等氧化应激相关疾病方面发挥着关键作用。因此，准确评估平菇的总抗氧化能力（Total Antioxidant Capacity, TAC）对于筛选和开发高性能平菇资源具有重要意义。

目前，TAC的评估方法主要包括ABTS·⁺（2,2′-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）法和DPPH·（1,1-二苯基-2-三硝基苯肼）法等。这些方法虽然有效，但存在依赖昂贵试剂、操作步骤繁琐、环境要求严格等局限性，难以满足现场快速检测的需求。因此，开发一种简单、快速、成本低廉的TAC评估方法显得尤为重要。

纳米酶（nanozyme）作为一类新型纳米材料，凭借其独特的催化活性和稳定性受到了广泛关注。与天然酶相比，纳米酶具有稳定性好、催化活性可调、易于合成等优势。特别是具有类过氧化物酶（peroxidase-like）活性的纳米酶，能够催化过氧化氢（H₂O₂）分解产生羟基自由基（·OH），进而氧化显色底物如3,3′,5,5′-四甲基联苯胺（TMB），产生颜色变化。抗氧化剂可以中和这些自由基，从而抑制显色反应，通过颜色变化的程度即可间接评估TAC。

同时，基于智能手机的即时检测（Point-of-Care Testing, POCT）技术在食品分析领域展现出巨大的应用潜力。智能手机配备的高分辨率摄像头、光线传感器和强大的数据处理能力，使其从简单的通讯设备转变为便携式诊断工具，突破了传统检测方法的限制。这种技术特别适合资源有限的环境，能够实现高效的“样本输入-结果输出”检测。

本研究由扬州大学食品科学与工程学院的Lu Gao、Tao Zhang、Xinyu Huang、Mengyuan Tan、Tianzhu Guan、Zhirong Wang、Yi Li和Xuechao Xu合作完成，论文发表在《LWT - Food Science and Technology》上。研究人员通过合成一种新型铁配位聚合物（Ferric Coordination Polymer, FCP）纳米酶，并将其嵌入可打印的水凝胶中，利用3D打印技术制备了智能手机兼容的传感器，建立了一种高效、便携的TAC评估系统。

研究人员采用的主要技术方法包括：FCP纳米酶的合成与表征（使用透射电镜、扫描电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱等技术）；类过氧化物酶活性评估（以TMB为底物，H₂O₂为底物，通过紫外-可见光谱测定催化反应）；稳态动力学分析（基于米氏方程计算动力学参数）；智能手机辅助的3D打印水凝胶纳米酶检测平台的构建与应用；以及实际样品（7个野生品种和2个商业品种的平菇提取物）的TAC评估。

3.1. FCP纳米酶的合成与表征

FCP纳米酶通过氯化铁与六偏磷酸钠的配位反应合成，呈现纯白色，避免了自身颜色对检测结果的干扰。电镜观察显示，FCP纳米酶呈不规则形态，尺寸分布为数百纳米。元素映射分析证实了Fe、O和P元素的存在，X射线衍射（XRD）表明其具有非晶态结构，这种结构有利于提供更多的催化活性位点。X射线光电子能谱（XPS）进一步证实了Fe²⁺和Fe³⁺的共存，这种混合价态增强了其催化活性。

3.2. FCP纳米酶的类过氧化物酶活性

FCP纳米酶在H₂O₂存在下能有效催化TMB氧化生成蓝色产物TMBox，最大吸收峰在652 nm。通过电子顺磁共振（EPR）检测，证实反应中产生了羟基自由基（·OH）。优化实验表明，反应时间14分钟、pH 4.0条件下催化效果最佳。稳态动力学分析显示，FCP纳米酶对TMB和H₂O₂的米氏常数（K_m）分别为0.20 mmol/L和0.09 mmol/L，表明其对底物具有高亲和力，催化性能优于多种传统纳米酶。

3.3. 基于FCP纳米酶的TAC评估

以维生素C（Vit C）、维生素E（Vit E）、半胱氨酸（Cys）和谷胱甘肽（GSH）为抗氧化参考物，研究发现随着抗氧化剂浓度增加，652 nm处吸光度下降，且呈良好线性关系。检出限分别为25.64 μmol/L（Vit C）、5.92 μmol/L（Vit E）、2.87 μmol/L（Cys）和18.14 μmol/L（GSH）。实际样品检测中，加标回收率在96.78%–103.35%之间，表明方法准确可靠。

3.4. 野生与商业平菇的TAC分析

通过超声辅助提取（水提和70%乙醇提）平菇样品，发现水提法效率更高。野生平菇的TAC显著高于商业栽培品种，提示野生品种具有更优的抗氧化能力和开发潜力。

3.5. 智能手机辅助的3D打印FCP水凝胶纳米酶检测

将FCP纳米酶嵌入水凝胶并通过3D打印制成检测平台，集成智能手机摄像头和自开发应用，实现了TAC的便携式定量检测。随着Vit C浓度（1–8 mmol/L）增加，水凝胶颜色由蓝变浅，红色通道值与浓度线性相关（R² = 0.977），检出限为0.34 mmol/L。实际样品检测回收率为96.95%–104.28%，验证了系统的准确性和实用性。

结论与意义

本研究成功开发了一种基于FCP纳米酶和3D打印水凝胶的智能手机辅助POCT系统，用于平菇TAC的快速、可视化、定量检测。该系统操作简便、成本低廉、灵敏度高，解决了传统方法无法现场应用的瓶颈问题。通过实际样品分析，发现野生平菇较商业品种具有更高抗氧化能力，为高品质平菇资源筛选提供了重要技术支撑。该策略不仅适用于食品领域，还可拓展至营养保健品和医药检测中，具有广泛的应用前景。