“色彩茶饮”：用于多通道可视化指纹分析和便携式质量评估的单探针纳米酶阵列

《Journal of Colloid and Interface Science》：Tea in color: Single-probe nanozyme array for multichannel visual fingerprinting and portable quality evaluation

绿色茶多酚检测与品质评估的便携式纳米催化传感器研究。该方案采用铂钯双金属纳米颗粒（B-PtPd NPs）催化氧化3,3',5,5'-四甲基苯胺丁二酸盐（TMB），生成特征吸收峰（370、450、650 nm），通过智能手机捕捉RGB图像并结合线性判别分析（LDA），实现绿茶多酚类型鉴别、新鲜度评估及掺假检测。相较于传统实验室方法，本系统具有操作简便、成本低、便携性强，适用于茶叶真伪鉴别和品质分级。

　　绿色茶因其独特的风味和丰富的生物活性多酚而备受青睐，随着消费者对产品真实性和品质的关注度不断提高，市场对简单、可靠且实用的茶品质评估方法的需求也日益迫切。本研究开发了一种基于单一显色探针——3,3′,5,5′-四甲基联苯胺（TMB）的比色传感器阵列，用于区分茶多酚种类，并评估绿茶的类型、新鲜度及掺假情况。该系统利用具有高效氧化酶模拟催化活性的双金属铂-钯纳米颗粒（B-PtPd NPs），在常温条件下即可有效氧化TMB，无需额外的氧化剂。这种高效的催化性能促使TMB氧化产物在370、450和650纳米波长下产生独特的吸收峰，从而实现多通道光谱响应，反映不同茶多酚的氧化还原行为。为了提高便携性和实际应用性，我们采用智能手机成像捕捉比色变化，并提取RGB值用于数据分析。结合线性判别分析，该方法实现了对五种主要多酚及其混合物，以及多种绿茶样本的准确分类，涵盖了不同的类型和储存历史。此外，该系统还成功识别了掺假的碧螺春茶叶。本研究展示了一种结合纳米酶催化和智能手机RGB分析的稳健且用户友好的策略，为现场评估茶叶品质和真实性提供了有前景的平台。

茶叶是全球最受欢迎的饮料之一，仅次于水，其吸引力源于独特的风味和香气。在众多茶叶种类中，绿茶因其未经发酵的茶叶原料——茶树（*Camellia sinensis*）的叶子，而备受推崇。绿茶富含多酚、生物碱、氨基酸和微量元素，这些成分与多种生理功能相关，包括抗炎、降压和抗氧化等，还被认为有助于降低代谢和心血管疾病的风险。由于绿茶的商业价值与其感官品质和新鲜度密切相关，高品质产品通常价格较高。这种经济激励却也导致了市场上广泛存在的标签错误和掺假问题，即低质量或陈旧的茶叶被错误地标示为高品质或新鲜采摘的产品。这些行为不仅损害了消费者的信任，还可能影响健康，尤其是在长期饮用劣质茶叶的情况下。因此，准确且易用的茶叶真实性验证方法对于维护市场秩序和保护公众健康至关重要。

在茶叶品质的众多指标中，茶多酚尤其具有代表性，因其含量丰富且对加工和储存条件极为敏感。为了检测茶多酚的种类和含量，传统方法如高效液相色谱、质谱和近红外光谱等提供了高精度的分析手段，但这些方法存在复杂、成本高以及缺乏便携性等缺点，限制了其在常规或现场检测中的应用。因此，寻找更加实用的工具来评估茶叶品质成为研究重点。基于传感器阵列的方法因其通过分析物与传感元件之间的广泛、非特异性相互作用产生独特的响应模式而受到关注，这种方法使得相似化合物可以通过模式识别技术进行区分。已有研究表明，通过结合多种酶或纳米材料，可以扩展对茶多酚的传感响应范围。然而，依赖多种不同的探针增加了传感器制造和数据分析的复杂性，使这些系统难以满足快速、现场检测的需求。为了简化检测过程同时保持分析性能，采用单一探针的比色传感器阵列成为一种有吸引力的解决方案。比色传感器因其可见的读数和与智能手机检测的兼容性，特别适合便携式应用。当集成到用户友好的平台中时，这类系统有望实现对茶叶真实性的快速现场评估，同时提供关于茶叶品种和储存历史的信息。

本研究报告了一种基于单一显色探针TMB的比色传感器阵列，利用双金属铂-钯纳米颗粒（B-PtPd NPs）作为催化剂，用于茶多酚的识别和绿茶品质的评估。B-PtPd NPs表现出在温和条件下强大的氧化酶模拟催化活性，能够有效促进TMB的催化氧化反应，无需使用过氧化氢。这种催化行为导致TMB氧化产物在370、450和650纳米波长下产生独特的吸收特征，其变化取决于不同茶多酚的还原能力。这种变化产生了可识别的光谱特征，使得通过线性判别分析（LDA）对五种单独的多酚及其混合物进行区分成为可能。

为了满足对快速、可及的品质评估工具日益增长的需求，特别是在非实验室环境下，我们对系统进行了适配，使其适用于即时检测（POCT）。传感器的比色响应表现为颜色从无色变为蓝色、绿色和黄色的转变，这些颜色变化可以通过智能手机摄像头轻松捕捉。通过提取RGB值并应用多元分析，我们实现了对多酚种类的现场识别，并对多种绿茶样本进行了可靠分类，涵盖了七种不同的品种。此外，该方法还能够评估与储存相关的茶叶新鲜度，并识别掺假情况，包括对高价值茶叶如碧螺春的检测。本研究提出了一种实用、低成本的平台，结合了纳米酶催化与数字比色分析，为便携式、实时的茶叶品质评估提供了有前景的策略。

在本研究中，我们对B-PtPd NPs进行了表征和催化性能测试。通过透射电子显微镜（TEM）图像（图1A）可以看出，合成的B-PtPd NPs呈现出近似球形的形态。能量色散光谱（EDS）图谱进一步确认了Pt和Pd元素在B-PtPd NPs表面的均匀分布（图1B和图S1）。X射线光电子能谱（XPS）分析显示了Pt 4f在70.9和74.5电子伏特（eV）以及Pd 3d在335.2和353.5 eV处的特征峰（图S2），这进一步验证了B-PtPd NPs的成功合成。这些表征结果表明，B-PtPd NPs具有良好的结构和化学稳定性，为后续的催化性能测试奠定了基础。

为了确保该方法在实际应用中的可靠性，我们进行了广泛的实验验证。首先，我们测试了B-PtPd NPs对TMB的催化氧化能力，并在不同浓度的茶多酚存在下观察了反应的变化。实验结果表明，B-PtPd NPs能够高效催化TMB的氧化反应，并且其催化性能不受外界条件的显著影响。此外，我们还测试了不同种类的茶多酚对反应的影响，并发现它们在不同波长下的吸收特征存在显著差异。这些差异使得通过光谱分析能够区分不同的茶多酚种类，为后续的分类提供了依据。为了进一步验证该方法的准确性，我们对多种绿茶样本进行了测试，并发现该方法能够可靠地识别不同类型的绿茶，并评估其新鲜度和储存历史。

在实际应用中，我们采用智能手机成像技术来捕捉比色变化，并提取RGB值进行数据分析。这一方法不仅提高了检测的便捷性，还降低了对专业设备的依赖。通过多元分析，我们能够实现对茶多酚种类的现场识别，并对绿茶样本进行分类。此外，我们还测试了该方法在不同环境条件下的稳定性，并发现其在室温条件下依然能够保持较高的检测精度。这一结果表明，该方法具有良好的环境适应性，适用于多种实际场景。

为了进一步验证该方法在检测掺假茶叶方面的有效性，我们对几种掺假的碧螺春茶叶进行了测试。实验结果表明，该方法能够有效识别这些掺假产品，并与正品形成明显区分。这一发现为该方法在食品安全和质量控制中的应用提供了有力支持。此外，我们还测试了该方法在不同储存时间下的检测效果，并发现其能够准确评估茶叶的新鲜度。这一结果表明，该方法不仅能够检测茶叶的种类，还能够提供关于其储存状态的信息，为茶叶的全生命周期管理提供了新的思路。

本研究的创新点在于将纳米酶催化与数字比色分析相结合，开发了一种简单、高效且可移动的茶叶品质评估平台。该方法无需复杂的仪器设备，仅需智能手机即可完成检测，大大降低了检测成本。同时，该方法能够提供高精度的分析结果，适用于多种茶叶种类和储存条件。这一策略为茶叶行业提供了一种新的质量控制手段，有助于提升消费者对茶叶品质的信任，同时减少市场上的掺假行为。

此外，本研究还强调了茶叶品质评估的现实意义。随着消费者对食品质量的关注度不断提高，市场对茶叶的真实性和安全性要求也日益严格。传统的分析方法虽然精确，但难以满足现场检测的需求。因此，开发一种简单、高效且可移动的检测方法对于提升茶叶行业的透明度和消费者信心具有重要意义。本研究提出的方法不仅能够满足这一需求，还能够为茶叶的生产、加工和储存提供科学依据，有助于提升整体品质管理水平。

在实际应用中，该方法的便携性和可操作性是其最大的优势。智能手机的普及使得该方法能够在任何地点进行检测，无需专业实验室的支持。此外，该方法的操作流程简单，能够快速完成检测，为现场质量评估提供了便利。通过提取RGB值并进行数据分析，我们能够实现对茶叶品质的快速识别，为茶叶行业的质量控制提供了一种新的解决方案。

综上所述，本研究开发了一种基于单一显色探针和双金属铂-钯纳米颗粒的比色传感器阵列，用于茶叶多酚的识别和绿茶品质的评估。该方法结合了纳米酶催化和智能手机RGB分析，实现了高精度、低成本和高便携性的检测目标。这一策略为茶叶行业的质量控制和食品安全提供了新的思路，有助于提升消费者对茶叶品质的信任，并减少市场上的掺假行为。未来，该方法有望在茶叶检测领域得到广泛应用，为茶叶行业的可持续发展提供技术支持。