《Food Chemistry》：Easy-to-manufacture confined silver nanoparticles via electrochemical synthesis enabling colorimetric peroxide detection in food
编辑推荐：
•借助Chi–κ-Carr机制可实现银纳米粒子的电化学生成与限制。•过氧化氢会引发Ag0氧化并部分溶解，从而导致可见光颜色褪去。•通过RGB分析可在1至100?μM浓度范围内检测过氧化氢，最低检测限为1.17?μM。•该传感器对食品样本中的过氧化氢检测回收率为96.24–104.
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借助Chi–κ-Carr机制可实现银纳米粒子的电化学生成与限制。
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过氧化氢会引发Ag0氧化并部分溶解，从而导致可见光颜色褪去。
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通过RGB分析可在1至100?μM浓度范围内检测过氧化氢，最低检测限为1.17?μM。
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该传感器对食品样本中的过氧化氢检测回收率为96.24–104.76%。
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在能量饮料、豆腐和牛奶样本中，RGB检测结果与HPLC测量值高度一致。
引言
过氧化氢是一种在生物代谢、工业加工、环境治理、医疗灭菌以及食品保存等领域普遍存在的氧化剂（Arnuar等，2024；Sies，2017；Stone & Yang，2006；Veal等，2007）。然而由于其强氧化性，过度接触过氧化氢可能会带来严重的健康危害，包括皮肤刺激、化学灼伤、眼睛损伤以及组织破坏（Watt等，2004）。吸入过氧化氢蒸汽可能导致呼吸系统疾病，而摄入则可能损害口腔和胃肠道。准确测定过氧化氢浓度对于监测氧化应激、消毒过程以及污染物降解至关重要（Arnuar等，2024；Chen等，2016）。不过，诸如电化学探针、荧光分析法以及基于酶的比色系统之类的传统分析方法，往往需要专门的仪器，或者在复杂样品环境中稳定性较差（Chen等，2016；Rotariu等，2016；Wang，2008）。因此，开发简单、便携且具有选择性的固态过氧化氢传感器依然是一项重要挑战，尤其是在那些需要无需试剂、最小化样品处理且具备长期稳定性的应用场景中。
银纳米粒子因其独特的物理化学性质和等离子体特性，在纳米科学领域备受关注（Kelly等，2002；Rycenga等，2011）。除了用于过氧化氢检测外，银纳米粒子还被广泛应用于抗菌材料、异相催化、光子器件、环境治理以及光学传感等多个领域（Marimuthu等，2020；Rycenga等，2011）。由于具有明确的氧化还原反应特性以及对氧化溶解过程的高灵敏度，银纳米粒子成为检测过氧化氢的理想传感器材料（Queiroz等，2024；Zeng等，2014）。然而，胶体态银纳米粒子体系通常会出现聚集、光谱偏移以及在储存或接触其他溶质时稳定性下降的问题，这限制了其在实验室之外的应用（Peretyazhko等，2014）。虽然固态银纳米粒子平台具有更好的稳定性，但在水环境中实现纳米粒子均匀分布、防止其聚集成团以及确保其对过氧化氢的选择性响应，仍然是尚未解决的关键问题（Darwish等，2024；Kalambate等，2022；Kumar等，2018）。
生物聚合物基质因其离子功能、结构可调控性以及环境友好性，为稳定金属纳米粒子提供了有效途径（Maria Linsha等，2025；Rinaudo，2006）。尤其是壳聚糖和κ-卡拉胶这两种聚合物，能够形成互补的聚电解质网络，可用于引导金属纳米粒子的生成、固定催化剂以及制备结构坚固的薄膜（Campo等，2009；Canama等，2023；Dash等，2011；Rinaudo，2006）。尽管具有这些优势，但目前大多数相关研究方案仍依赖于化学还原剂，会导致纳米粒子尺寸分布较宽，或者缺乏实现可靠检测所需的长期稳定性（Canama等，2023；Nguyen等，2023；Skrabalak等，2008）。此外，在氧化应激作用下，纳米粒子的聚集或形态发生不可控变化，也会影响其光学响应。
本文介绍了一种基于Chi–κ-Carr–Ag的纳米复合膜，该膜通过将电化学原位合成银纳米粒子、聚电解质限制效应以及等离子体比色法整合到同一个固态平台上，从而克服了上述诸多限制（Das & Tsianou，2017；Raveendran等，2003；Reetz & Helbig，1994）。壳聚糖与κ-卡拉胶构成的基质无需外部还原剂即可促进银离子的均匀生成与还原，进而形成分散良好的银纳米粒子，这些纳米粒子嵌入结构连贯的水凝胶中。这种受限的环境不仅能够防止纳米粒子聚集，还能让过氧化氢对其产生可控的氧化溶解作用，进而产生强烈且稳定的比色响应（Kelly等，2003）。目前已有研究采用数字图像分析技术，对基于银纳米粒子的传感器平台中由过氧化氢引起的颜色变化进行定量分析，包括利用智能手机以及RGB技术检测银纳米粒子的变色情况以及局域表面等离子体共振的变化（Ismillayli等，2024；Lertvachirapaiboon等，2019；Sharma等，2021）。
在本研究中，我们通过测量平均RGB强度，来反映过氧化氢引发的被限制在膜内的银纳米粒子氧化和部分溶解所导致的膜亮度变化。该传感器不仅能够检测低微摩尔浓度的过氧化氢，还能区分多种常见的非氧化性食品成分，具备数天的稳定工作性能，并可对能量饮料、豆腐以及牛奶样本进行定量分析。本研究证明了通过结合电化学纳米粒子合成技术与生物聚合物限制策略，可以制造出一种无需专用仪器、具有高选择性的过氧化氢传感器，为此类用于环境、生物医学以及食品安全领域的下一代固态等离子体材料的设计提供了可借鉴的框架（Nguyen等，2025；Yetisen等，2013）。
章节要点
所用化学品
壳聚糖（粘度为72?mPa·s，脱乙酰度为95%）和κ-卡拉胶（粘度为6.4?mPa·s）购自Sigma-Aldrich（英国）。高纯度银棒（纯度为99.9%，直径为1.8?mm）则来自Antam（印度尼西亚）。所有试剂均为分析级，无需进一步纯化即可使用。所有实验均使用双蒸馏水进行。
含银纳米粒子的Chi–Carr膜复合材料的制备
银纳米粒子是通过一种已报道过的绿色电解法电化学合成的（Hermanto等，2024），具体步骤为
在Chi–κ-Carr基质中电化学合成银纳米粒子
银纳米粒子是在Chi–κ-Carr水溶液中通过电化学方法生成的（见图1A）。在银电极上施加10?V的直流电压可原位生成银离子，而周期性改变电极极性则有助于实现均匀的阳极溶解。壳聚糖中的质子化胺基可将银离子还原为金属银（Ag0）（Huang & Yang，2004），而κ-卡拉胶中的硫酸根则通过静电相互作用稳定这些新形成的纳米粒子核（Wan等，2021）。从
结论
总体而言，本研究表明，Chi–κ-Carr聚电解质基质可作为有效的固态载体，用于银纳米粒子的电化学生成、稳定以及基于氧化还原反应的调控。被限制在其中的银纳米粒子体系，会因过氧化氢的作用而发生氧化和部分溶解，导致具有等离子体活性的Ag0发生变化，进而使可见光吸收减弱，同时RGB强度上升。该传感器表现出
CRediT作者贡献说明
Dhony Hermanto：撰写原始稿件、项目管理、方法设计、概念构思。Nurul Ismillayli：验证实验结果、开展相关研究、进行正式数据分析。Rochmad Krissanjaya：负责软件应用、方法优化以及数据整理。Julinton Sianturi：负责论文润色修改、结果可视化以及相关资源准备。
未引用参考文献
Campo, Kawano, Silva and Carvalho, 2009
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本研究结果的已知财务利益关联或个人关系。
致谢
作者感谢印度尼西亚教育发展基金LPDP以及国家研究创新机构BRIN通过其研究创新资助部门对本研究的支持，同时也感谢RIIM竞赛提供的资助（合同编号分别为：31/IV/KS/02/2025和2216/UN18.L1/PP/2025）。
Dhony Hermanto|Nurul Ismillayli|Rochmad Krissanjaya|Julinton Sianturi
