一种基于南极假丝酵母脂肪酶B介导二氧化锰纳米片光散射的便携式浊度计敌敌畏快速检测方法

《Food Bioscience》：A portable nephelometer-based approach for rapid detection of dichlorvos based on Candida antarctica lipase B-mediated light scattering of manganese dioxide nanosheets

　　

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  提出了一种用于快速检测敌敌畏（DDVP）的使用点传感器。
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  传感识别基于对南极假丝酵母脂肪酶B（CaLB）活性的抑制。
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  传感信号来源于CaLB介导的MnO₂纳米片的光散射。
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  该传感器已应用于富集真实食品基质中DDVP的快速检测。

引言

有机磷农药（OPs）是一类强效杀虫剂，由于其高效性，在当代农业管理中仍然不可或缺且广泛使用（Forouhar Vajargah, 2025；Pundir等, 2019）。然而，大多数有机磷农药具有高毒性，且易通过食物链进行生物富集，对人类健康构成重大潜在威胁（Mali等, 2023；Rajput等, 2022）。敌敌畏（DDVP）是一种典型的有机磷农药，具有接触、胃毒和熏蒸活性，在作物保护中有广泛应用（Dar等, 2022）。由于具有高挥发性和快速功效，DDVP容易通过呼吸吸入和皮肤接触渗透人体。急性暴露可导致头晕、恶心和呼吸困难，严重时甚至危及生命。长期低剂量暴露也可能导致神经系统损害和潜在的健康危害（Miyanza等, 2024；Okoroiwu和Iwara, 2018；Otto等, 2017）。因此，开发快速、低成本和精确的方法来定量分析食品样品中的DDVP残留物具有重要意义。

目前有一些传统仪器分析方法用于DDVP的检测，其中气相色谱法（GC）（Pareja等, 2015；Xu等, 2003）、高效液相色谱法（HPLC）（Wang等, 2015；Xu等, 2010）、气相色谱-质谱联用法（GC-MS）（Vievard等, 2022；Ye等, 2025）和高效液相色谱-串联质谱法（HPLC-MS/MS）（Hem等, 2010；Wang等, 2010）被广泛用于实验室定量分析。这些方法具有高准确度和良好特异性的优势。然而，这些方法通常存在仪器成本高、样品前处理繁琐、检测时间长以及依赖专业操作人员等局限性，难以实现现场快速筛查（Zhao等, 2025）。因此，开发新型策略以实现DDVP的敏感和快速现场分析至关重要。在此背景下，使用点方法为监测食品产品中DDVP残留物提供了一种有效的解决方案（Huang等, 2026）。

基于生物成分识别的光学传感是开发使用点检测方法的有效途径（Huang等, 2026；Wong等, 2006；Zhao等, 2025）。迄今为止，大多数基于光学传感器的使用点方法主要采用比色法、荧光法和表面增强拉曼光谱（SERS）技术。开发基于其他光学信号的新型使用点检测技术对于丰富快速检测方法类型并将其应用于不同检测场景具有重要意义。光散射是一种众所周知的光学效应，可以基于光散射开发高度灵敏的分析技术（Zhu等, 2011）。与小分子溶液相比，纳米颗粒溶液显示出更强的散射，这也被称为丁达尔效应（Huang等, 2021；Liu等, 2023）。近年来，纳米技术的发展为光散射在光学分析中的应用打开了广阔的大门（Gan等, 2023；Y. Wang等, 2023）。一些基于纳米材料光散射的传感策略已被建立，用于通过各种不同的光散射信号采集仪器（如光谱荧光计（Zhao等, 2006）、暗场散射显微镜（Chen等, 2022）和动态光散射（DLS）粒径分析仪（Li等, 2016））对各种分析物进行高灵敏度检测。在我们之前的工作中，我们开创了便携式浊度仪用于光散射信号采集的应用（Liu等, 2024）。手持式浊度仪的可负担性和便携性有助于光散射数据的采集。因此，开发基于纳米材料与浊度仪结合的DDVP光散射传感策略将能够实现快速的使用点检测。

像DDVP这样的有机磷农药的快速检测通常使用酶作为识别探针，即通过农药抑制酶的活性，例如乙酰胆碱酯酶、丁酰胆碱酯酶、碱性磷酸酶、脂肪酶、酪氨酸酶等（Bedair等, 2022；Guo等, 2023）。近年来，南极假丝酵母脂肪酶B（CaLB）因其优异性能而受到越来越多的研究关注，包括在水性和有机介质中都具有卓越的催化活性以及对各种反应具有广泛的催化通用性（Faria等, 2024；Qiu等, 2025）。CaLB可以水解广泛的底物，并符合绿色化学的理念。其催化过程不产生有害副产物，赋予其优异的环境友好性（Wang等, 2023）。此外，CaLB具有优异的结构和催化稳定性，即使在高温和酸性等苛刻条件下仍能保持强大的催化功效（Tan等, 2024）。因此，CaLB在构建DDVP传感器中的应用具有显著优势。此外，CaLB性价比高，有助于降低检测成本。

二氧化锰纳米片（MnO₂ NSs）作为一类二维纳米材料，由于其高比表面积、优异的水分散性、卓越的光消光能力和良好的生物相容性而受到广泛的研究关注（Chen等, 2019）。此外，MnO₂ NSs具有固有的氧化性，可以很容易被还原物质还原为Mn²⁺（Chen等, 2025）。这些独特特性使它们能够作为多功能纳米猝灭剂、催化剂和吸附剂。例如，MnO₂ NSs修饰的上转换纳米颗粒已成功开发用于细胞内检测谷胱甘肽，MnO₂ NSs-碳量子点探针用于食品样品中亚硫酸盐的测定（Deng等, 2011；Liu等, 2016）。MnO₂ NSs的强光散射特性也有报道并被用于分析各种目标物（Adachi等, 2024；Han等, 2019）。

在本工作中，提出了一种基于CaLB介导的二氧化锰纳米片（MnO₂ NSs）光散射的便携式和快速DDVP检测方法（方案1）。简而言之，CaLB有效催化6-O-棕榈酰-L-抗坏血酸（L-AP）的水解以产生抗坏血酸（AA）。所产生的AA触发MnO₂ NSs的还原溶解为Mn²⁺离子，导致光散射信号显著衰减。相反，DDVP的引入抑制了CaLB的酶活性，从而限制了AA的产生并保持了MnO₂ NSs引起的高散射状态。使用便携式浊度仪收集光散射信号，可以在不依赖大型实验室仪器的情况下方便快速地定量DDVP。该DDVP检测的使用点方法简单且低成本，在食品安全领域具有巨大的应用潜力。

章节摘要

材料

CaLB购自北京科立思生物技术公司（北京，中国）。L-AP和十二烷基硫酸钠（SDS）均通过泰坦科学（上海，中国）购买。KMnO₄、H₂SO₄、4-硝基苯基棕榈酸酯（p-NPP）和乙醇等化学试剂购自国药化学试剂（上海，中国）。此外，葡萄糖（Glu）、酒石酸（TA）、组氨酸（His）、半胱氨酸（Cys）、草酸（OA）和柠檬酸（CA）由生工生物（上海，中国）提供。

MnO₂ NSs的表征

MnO₂ NSs是通过修改之前报道的方法制备的（Zhao等, 2023）。透射电子显微镜图像显示MnO₂ NSs具有纳米级薄层结构（图1A），且观察到的形态与前人报道高度一致（Yu和Zheng, 2016）。MnO₂ NSs表现出优异的水分散性，其水溶液呈棕黄色（图1B插图）。图1B显示MnO₂ NSs的紫外-可见吸收最大波长位于380 nm。该

结论

综上所述，我们开发了一种快速、低成本的传感策略，仅需简单仪器即可实现DDVP的使用点检测，该策略利用了CaLB介导的MnO₂ NSs的光散射。该检测方法利用DDVP对CaLB活性的特异性抑制来保持MnO₂ NSs的纳米结构和强光散射特性，通过便携式浊度仪实现定量分析。分子对接和酶动力学分析揭示了抑制的潜在机制

CRediT作者贡献声明

赵倩： 方法论、概念化。罗杰： 监督、资源、方法论。刘世刚： 撰写—审阅与编辑、方法论、资金获取、概念化。黄宁静： 正式分析、数据整理。韩磊： 资源、方法论。孟聪： 资源、概念化。万巍： 方法论。梁子新： 撰写—初稿、方法论、正式分析、数据整理。刘辛香： 正式分析

未引用参考文献

Chen等, 2025；Wang等, 2023。

利益冲突声明

作者声明他们不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

利益冲突

所有作者声明他们不存在利益冲突。

利益冲突声明

? 作者声明他们不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

作者感谢以下基金对本工作的资助：国家自然科学基金（32102074），湖南省自然科学基金（2025JJ50120、2024JJ7168），中国博士后科学基金（BX2021099、2021M701170），湖南省重点研发计划（2025AQ2020），以及云南省基础研究项目（项目编号202201BE070001-013和202301AU070028）。

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