《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：Fluorescence polarization?based detection of phosphate moisturizers using a pepsin NPs/ZIF???L sensing platform
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摘要目前用于检测含磷酸盐的保湿剂的常用方法，如离子色谱法和钼蓝分光光度法，往往需要耗费大量时间进行样品预处理，且难以实现快速现场分析。为解决这一难题，本文介绍了一种基于胰蛋白酶纳米颗粒与二维沸石咪唑框架ZIF?L复合材料的荧光极化传感平台。该平台能够灵敏检测多种常见的磷酸盐类保湿
摘要
目前用于检测含磷酸盐的保湿剂的常用方法，如离子色谱法和钼蓝分光光度法，往往需要耗费大量时间进行样品预处理，且难以实现快速现场分析。为解决这一难题，本文介绍了一种基于胰蛋白酶纳米颗粒与二维沸石咪唑框架ZIF?L复合材料的荧光极化传感平台。该平台能够灵敏检测多种常见的磷酸盐类保湿剂，包括六偏磷酸钠、三聚磷酸钠和焦磷酸钠。在该设计中，ZIF?L起到了有效的荧光极化信号放大作用：它通过吸附胰蛋白酶纳米颗粒限制其旋转自由度，从而提升荧光极化值。当存在多磷酸盐时，它们会与ZIF?L结构中的锌离子位点发生竞争性结合，破坏该结构，进而释放出胰蛋白酶纳米颗粒，降低荧光极化信号。该传感器在以下浓度范围内呈现线性响应：六偏磷酸钠为0–305.9毫克/升，三聚磷酸钠为0–183.9毫克/升，焦磷酸钠为0–133.0毫克/升。
引言
磷酸盐类保湿剂是一类重要的品质改良剂，被广泛应用于食品工业和个人护理产品中[1]。在食品加工过程中，这类物质——通常以六偏磷酸钠[(NaPO?)?]、三聚磷酸钠(Na?P?O??)和焦磷酸钠(Na?P?O?)为代表——能够有效提升肉类制品、乳制品及其他食品的持水能力和稳定性，进而改善其质地和保质期[2][3]。虽然在这些规定剂量范围内使用这类物质通常被认为是安全的，但长期或过量摄入则可能带来健康风险，包括增加肾脏的代谢负担、扰乱人体钙磷平衡，以及提高患心血管疾病的风险[4][5]。因此，无论是为了确保食品安全、评估环境水质还是控制化妆品质量，开发灵敏、准确且快速的磷酸盐类保湿剂检测技术都具有重要意义。
目前用于检测含磷酸盐物质的常用方法主要包括离子色谱法、比色分析法以及电化学传感器[6][7]。离子色谱法精度较高，但设备昂贵且操作流程复杂[8]。传统的磷钼蓝法容易受到硅酸盐和砷酸盐等物质的干扰，且步骤繁琐，无法区分单磷酸盐和多磷酸盐，难以实现实时监测[9][10]。电化学方法则具有便携性和响应速度快的优点，但其选择性和稳定性有时存在问题[11][12]。鉴于这些局限性，人们越来越希望开发一种新的检测平台，既能具备高灵敏度，又能有效抗干扰且操作简便，用于检测磷酸盐类保湿剂。
近年来，金属有机框架材料因其可调控的孔结构及丰富的表面化学性质，在传感领域受到了广泛关注[13]。其中，包括ZIF?L、ZIF?8、ZIF?67和ZIF?90在内的沸石咪唑框架材料，更是被视为传感应用中的重要候选材料[14][15]。尤其是ZIF?L，它是一种由锌离子与2-甲基咪唑配位形成的二维层状材料，具有较大的表面积且易于功能化处理[16][17]。研究表明，ZIF?L不仅可用于气体吸附和催化反应，其独特的形态和光学特性也使其在传感领域备受关注。例如，它已被用来提升纳米纤维膜的过滤性能，也可作为制备高性能电极材料的前驱体[18][19]。
荧光极化技术是一种强大的分析手段，可通过偏振光激发荧光分子，监测其发光极化状态的变化。该技术能够为研究分子旋转、结合过程以及局部微环境特性提供重要信息[20][21]。多年来，荧光极化技术已在生物医学研究领域得到广泛应用，比如蛋白质与核酸的相互作用、药物筛选以及临床免疫分析等[22][23]。荧光极化的基本原理是，测得的荧光极化值与荧光团的旋转松弛时间直接相关，因此只有那些能够改变荧光团有效体积或其周围微环境粘度的因素，才能影响荧光极化信号[24][25]。然而，迄今为止尚未有研究报道将ZIF?L材料应用于荧光极化检测领域。
基于上述背景，本研究首次尝试将二维纳米材料ZIF?L与荧光极化技术相结合。在本研究中，我们以胰蛋白酶和戊二醛为原料制备了胰蛋白酶纳米颗粒。有趣的是，我们发现ZIF?L能够作为有效的信号放大器，显著提升胰蛋白酶纳米颗粒的荧光极化值。更为重要的是，当加入含磷酸盐的保湿剂后，这种放大的荧光极化信号会明显减弱。利用这种“增强-减弱”的荧光极化响应特性，我们开发出一种新方法，可用于检测各类实际样品中的磷酸盐类保湿剂含量。这项工作不仅为磷酸盐类保湿剂的检测提供了一种新的荧光极化基策略，也为荧光极化技术在食品安全分析中的应用拓展了范围。
章节节选
胰蛋白酶纳米颗粒的制备
首先将1.8克胰蛋白酶粉末超声溶解在60毫升去离子水中。在持续搅拌的情况下，向混合液中加入100微升50%（质量比）的戊二醛溶液。随后在室温下继续搅拌反应6小时，即可获得胰蛋白酶纳米颗粒溶液。之后将该溶液转移至分子量截断值为10千道尔顿的透析膜中，进行12小时的透析处理。最终的胰蛋白酶纳米颗粒溶液储存在4摄氏度环境中。
胰蛋白酶纳米颗粒的制备
如图1所示，胰蛋白酶纳米颗粒是通过将戊二醛加入胰蛋白酶的水溶液中制得的。如图1A和图1B所示，随着反应体系中戊二醛浓度的增加，所获得的胰蛋白酶纳米颗粒的515纳米处的荧光发射峰以及270纳米处的吸收峰强度逐渐增强。这种增强现象是由于戊二醛与胰蛋白酶中的组氨酸/酪氨酸残基发生了交联反应所致。
结论
在本研究中，我们成功构建了一种基于ZIF?L独特结构特性的荧光极化传感平台，用于检测含磷酸盐的保湿剂。胰蛋白酶纳米颗粒被有效地固定在ZIF?L表面，这一固定作用限制了它们的旋转运动，从而使荧光极化信号显著增强。这种“荧光极化开启”状态对多磷酸盐具有高度敏感性：多磷酸盐会与ZIF?L结构中的锌离子位点发生竞争性结合，进而导致ZIF?L结构被破坏，
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
致谢
本研究得到了国家级大学生创新创业训练计划（项目编号：250244）的支持。
Fushuang Shang|Siyu Liu|Jiazhen Wu
中国沈阳东北大学生命与健康科学学院，邮编110000
