综述:基于蛋白质的纳米材料在汞检测与去除中的应用:优势与挑战

【字体: 时间:2025年05月21日 来源:Environmental Research 7.7

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  本综述聚焦汞污染危害,指出现有检测(如 ICP - MS、AAS)及去除方法(如离子交换)的局限,重点阐述蛋白质基纳米材料(如 Au NCs、Ag NCs)在汞检测(灵敏度达纳摩尔级)与去除(效率达 90%)中的应用优势、策略及面临挑战,为相关研究提供方向。

  

汞污染的危害与传统检测去除方法的局限


汞作为毒性最强的重金属之一,可通过食物链在人体蓄积,严重威胁食品安全与人类健康。其污染源广泛,包括金矿开采、煤炭燃烧、农药使用等。汞及其化合物在人体不同部位蓄积,会引发多种健康问题,如 cardiomyopathy、pneumonia、神经系统疾病等,甲基汞的危害更为严重。

在食品领域,水产品、谷物、乳制品等均面临汞污染问题。水产品中,Hg2+在水生沉积物中甲基化生成甲基汞,通过食物链生物放大,如 predatory fishes 因处于食物链顶端易蓄积大量汞;土壤 - 粮食作物系统中的汞污染也会通过食物链危害人类健康,此外乳制品也可能因汞衍生物在 livestock 中的使用而受污染。

传统的汞检测方法包括 inductively coupled plasma mass spectrometry(ICP - MS)、inductively coupled plasma optical emission spectrometer(ICP - OES)、atomic absorption spectroscopy(AAS)等,去除方法有离子交换、吸附等,但这些方法存在昂贵、耗时、易产生二次污染等缺点,且部分检测方法特异性差,限制了其广泛应用。

蛋白质基纳米材料的优势与特性


纳米材料因具有独特的物理、化学、光学和电子特性,在多个领域有广泛应用。蛋白质基纳米材料以蛋白质为支架,可制备尺寸均匀的金属或其他无机材料簇,克服了非模板化学合成产物尺寸和质量不均的问题。食品衍生蛋白质具有易获取、稳定性高、生物相容性好等优点,不仅是食品中的重要营养素,还可作为模板合成各种荧光纳米材料,其分子在成核和稳定各种精确纳米簇方面表现出色。此外,利用天然系统构建的纳米材料和生物传感器,为汞的检测和去除提供了新途径。

蛋白质基纳米材料用于汞检测的策略


食品衍生蛋白质结合纳米技术,因其可及性和生物相容性,广泛用于构建汞检测纳米材料。众多研究聚焦于开发蛋白质模板发光纳米材料,如金属纳米簇(Au NCs、Ag NCs)、碳点(CDs)和纳米酶等作为检测生物传感器。这些生物传感器能够实现对汞的高灵敏度和高选择性检测,部分基于蛋白质纳米材料的方法检测限可低至纳摩尔浓度或更低水平,为汞的快速、精准检测提供了有力工具。

蛋白质基纳米材料用于汞去除


在检测到水中汞的存在和含量后,从水或食品样品中去除汞至关重要。虽然化学沉淀是常用的重金属离子去除方法,但可能带来问题。基于蛋白质的纳米材料如蛋白质膜和纳米纤维等,为汞的去除提供了高效、可持续的解决方案,其去除效率可达 90%,在天然水或食品样品中具有实际应用价值。

结论与展望


蛋白质基材料已有效应用于水或食品样品中汞的检测和去除,以解决食品安全和人类健康问题。本综述总结了蛋白质基纳米材料和生物传感器用于汞检测的当前策略,以及水和食品样品中汞去除的方法,具体讨论了各种生物传感器(如 Au 纳米簇、纳米笼、纳米孔)和去除工具(如纳米纤维)。目前,该领域虽取得一定进展,但仍面临诸多挑战,如进一步提高检测的灵敏度和选择性、增强去除材料的稳定性和重复利用率等。对这些挑战的深入探讨为未来研究方向提供了参考,有望推动蛋白质基纳米材料在汞检测与去除领域的进一步发展和应用。
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