新型荧光仿生酶传感系统：次黄嘌呤快速检测技术在水产品早期新鲜度评价中的应用与创新

本研究开发了一种基于一步法合成的新型荧光仿生酶（f-BEs），创新性构建了包含"Consumer-kit"（比色卡/智能手机快速检测）和"Expert-FLD"（荧光分光光度法）的双模式传感系统（FCS）。该系统实现了水产品中次黄嘌呤（Hx）的现场快速检测（2分钟完成）与实验室超灵敏检测（检测限达0.003 μM），为生食水产品新鲜度评价提供了突破性技术方案，对保障生鲜食品质量安全具有重要意义。

　　

Highlight

通过一步法合成的新型荧光仿生酶（f-BEs）展现出卓越的类过氧化物酶（POD-like）活性，其催化机理源于铁元素介导的类芬顿反应生成·OH自由基。该材料具有优异的水溶性和荧光特性，为构建双模式传感系统奠定了材料基础。

Experimental reagents and supplies

实验所用试剂均为分析级或更高规格。L-谷氨酸、柠檬酸铁铵和次黄嘌呤购自上海源叶生物科技有限公司。过氧化氢（H₂O₂）、黄嘌呤氧化酶（XOD）、辣根过氧化物酶（POD）等试剂均来自标准供应商。

Characterization of f-BEs

透射电子显微镜（TEM）分析显示f-BEs呈现规整的球形形态（图1A）。高分辨透射电镜（HRTEM）进一步揭示了0.33 nm的晶格条纹（图1B），对应于石墨碳的（100）晶面。该材料具有良好的水溶性和荧光性能，其最大激发/发射波长分别位于365 nm和445 nm。X射线光电子能谱（XPS）证实材料中含有C、N、O、Fe四种元素，其中Fe³⁺占比达84.7%，表明其可能通过类芬顿反应产生·OH自由基。电子顺磁共振（EPR）光谱直接检测到DMPO-·OH特征信号，验证了自由基生成能力。

Enzyme-like activity exploration

f-BEs展现出优异的类过氧化物酶活性，能有效催化H₂O₂分解产生·OH自由基，进而氧化无色底物TMB生成蓝色产物oxTMB。稳态动力学分析表明其催化效率（K_cat/K_m）显著高于传统HRP酶。最适催化条件为pH=4.0、温度40℃。与天然酶相比，f-BEs表现出更好的热稳定性和pH稳定性。

Fluorescence & Colorimetry Sensor design

基于f-BEs构建的双模式传感系统（FCS）工作原理：黄嘌呤氧化酶（XOD）特异性催化Hx生成H₂O₂，f-BEs进一步催化H₂O₂产生·OH自由基。在"Consumer-kit"模式中，·OH氧化TMB产生颜色变化，通过比色卡或智能手机RGB分析实现半定量检测；在"Expert-FLD"模式中，·OH猝灭f-BEs的荧光特性，通过荧光强度变化实现精确定量。

Sensitivity and selectivity

"Expert-FLD"模式展现出超高灵敏度，检测限低至0.003 μM，线性范围0.01-1 μM。"Consumer-kit"模式线性范围为100-1000 μM，符合现场快速检测需求。方法对Hx表现出高度特异性，常见干扰物（葡萄糖、抗坏血酸等）均未产生显著干扰。

Real sample analysis

在虹鳟鱼和三文鱼实际样品检测中，"Consumer-kit"方法的加标回收率达92.86%-102.38%，RSD为0.67%-4.75%；"Expert-FLD"方法的加标回收率为95.37%-101.59%，RSD为0.63%-3.84%。两种方法均与标准HPLC方法结果高度一致，验证了实际应用的可靠性。

Conclusion

我们成功开发了FCS双模式传感系统。"Consumer-kit"方法让消费者可通过自制试剂盒的比色卡和智能手机APP在2分钟内获取水产品新鲜度信息；"Expert-FLD"方法让实验室研究人员能够达到0.003 μM的超低检测限。需要注意的是，检测系统中的部分选择性仍依赖于XOD酶。未来工作需要开发完全酶无关的检测策略以进一步提升系统稳定性。