使用碳点和 Au@Ag 纳米棒作为纳米探针进行加工肉制品中 H2O2 的超灵敏荧光“关 - 开”检测

《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：Ultrasensitive fluorescence “off-on” detection of H 2O 2 in processed meat products using carbon dots and Au@Ag nanorods as nanoprobes

　　

摘要

在此，开发了一种新颖的荧光“开 - 关”传感系统，用于通过整合碳点（CDs）与 Au@Ag 核壳纳米棒（Au@Ag NRs）实现对 H₂O₂ 的超灵敏检测。检测机制在于 H₂O₂ 触发的 Au@Ag NRs 上银壳的腐蚀，这使得 CDs（供体）和 Au@Ag NRs（受体）之间的荧光共振能量转移（FRET）能够实现可逆调节。初始时，CDs 的荧光被 Au@Ag NRs 通过 FRET 有效猝灭（关闭）。加入 H₂O₂ 后，Ag⁰ 壳逐渐被氧化为 Ag⁺，包括 Au@Ag NRs 的 UV-vis 吸收光谱发生红移，从而削弱 FRET 效应，导致荧光恢复（开启）。荧光恢复值（ΔF）在 0.1–50 μM 范围内与 H₂O₂ 浓度呈线性相关（R² = 0.996），检测限低至 0.01 μM。CDs-Au@Ag NRs 纳米探针表现出针对 H₂O₂ 优于其他潜在干扰物的优异选择性。所提出的系统被成功应用于检测实际食品样品中的 H₂O₂，包括香肠和泡椒凤爪，证明了其在复杂加工肉制品中常规监测 H₂O₂ 残留的实用价值。

引言

作为一种常见的消毒剂和漂白剂，过氧化氢（H₂O₂）被广泛用于食品加工业的杀菌、防腐和漂白 [1], [2]。然而，食品中过量的残留 H₂O₂ 会对消费者造成健康风险，包括胃肠道刺激、粘膜损伤，甚至潜在的致癌性 [3], [4]。根据《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》（GB 2760–2024），过氧化氢不允许用于香肠和泡椒凤爪等加工肉制品。然而，一些食品制造商非法添加或不恰当残留 H₂O₂ 于这些产品中，以延长保质期或改善外观 [5]。因此，开发一种准确、可靠且灵敏的分析方法来监测食品安全检查中的 H₂O₂ 至关重要。迄今为止，各种技术已被应用于 H₂O₂ 分析，包括电化学分析 [6], [7]、化学发光 [8]、荧光法 [9], [10] 和比色法 [11], [12]。其中，荧光传感由于其响应快、操作简便、灵敏度和选择性高等优点，在食品分析中引起了广泛关注 [13], [14], [15]。

荧光共振能量转移（FRET）是一种从荧光团到吸收体的非辐射能量转移过程，它诱导荧光猝灭，并需要吸收体的吸收带与荧光团的发射带之间的光谱重叠 [16], [17], [18], [19]。碳点（CDs）作为一种新兴的荧光纳米材料，提供了令人信服的优势，包括卓越的光学性质、易于合成、高水溶性、良好的生物相容性和低毒性。最近的研究进一步扩展了它们在荧光传感平台中的应用范围，包括用于尿素检测的 pH 响应双发射系统 [20]、用于酶定量的比率传感器 [21]，以及集成到生物网络中的分析物响应探针 [22]。它们通常也作为能量供体来构建基于 FRET 的荧光传感平台 [23], [24], [25]。同时，等离激元纳米材料通常用作基于 FRET 的荧光测定中的能量受体，因为当它们与 CDs 相互作用时会发生光谱重叠。例如，Wang 等人提出了一种蚀刻控制的 FRET 抑制用于临床样品中葡萄糖检测的方法，分别使用具有良好光谱重叠的氮掺杂 CDs 和 Ag 纳米棱片作为能量供体和受体 [26]。Liu 等人设计了一种通过腐蚀银纳米粒子抑制碳点和银纳米粒子之间 FRET 效应的 H₂O₂ 灵敏检测光学传感器 [27]。在我们之前的工作中，开发了一种灵敏且方便的比色方法，利用三角形金纳米片吸收光谱中蚀刻诱导的变化来依次测定铜离子和汞离子 [28]。因此，等离激元纳米材料的吸收带可以通过蚀刻轻易调节。值得注意的是，双金属纳米材料也因其独特的光学性质而成为传感分析中有吸引力的纳米探针 [29], [30]。

利用 CDs 和 Au@Ag 双金属核壳纳米粒子之间的 FRET 效应，已设计双模式比色和荧光纳米传感器，分别用于选择性检测预处理血液中的葡萄糖 [31] 和人类尿液中的尿酸 [32]。原则上，双金属纳米材料代表了调节 CDs 供体荧光猝灭过程的有利替代品，因为可以通过仔细调节金属成分来精确控制等离激元共振特性，从而控制 FRET 效应 [33], [34]。这些代表性应用展示了基于 CDs 的荧光探针对于不同分析目标的通用性。因此，通过开发一种利用双金属等离激元纳米材料蚀刻介导调节的新型 FRET 传感平台来扩展这种策略是令人向往的。

在此，建立了一种基于 CDs-Au@Ag NRs 的荧光“开 - 关”系统，用于 H₂O₂ 的超灵敏测定。引入 Au@Ag NRs 作为受体后，由于 FRET 效应，CDs 供体的荧光被大大猝灭（关闭）。然而，随着加入 H₂O₂，Au@Ag NRs 上的银层（Ag⁰）被氧化并蚀刻为 Ag⁺，导致 Au@Ag NRs 的 UV-vis 吸收光谱发生红移。结果，CDs 和 Au@Ag NRs 之间的光谱重叠减少，FRET 效应被抑制，CDs 的荧光恢复（开启）。换言之，随着 H₂O₂ 浓度增加，CDs 的荧光逐渐恢复。因此，可以通过记录 CDs 的荧光恢复值（ΔF）来定量测定 H₂O₂。开发的荧光“开 - 关”传感策略对 H₂O₂ 检测表现出优异的灵敏度和选择性，并成功应用于检测香肠和泡椒凤爪等食品样品中的 H₂O₂，展现了其在食品安全分析中的巨大潜力。

章节片段

试剂和仪器

三氯化金三水合物（HAuCl₄·3H₂O, 49.9%）、AgNO₃ (99.8%)、乙二胺 (96%)、十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB, 99%)、NaBH₄ (96%)、柠檬酸 (C₆H₈O₇·H₂O, 99%)、l-抗坏血酸 (AA, 99%)、NaH₂PO₄ (99%)、Na₂HPO₄ (98%)、NH₃·H₂O、NaOH (98%)、甲醛水溶液 (HCHO, 37%)、过氧化氢溶液 (H₂O₂, 30%) 和佛波醇肉豆蔻酸乙酸酯 (PMA)、甘氨酸 (Gly)、异亮氨酸 (Ile)、苯丙氨酸 (Phe)、Fe(NO₃)₃·9H₂O、FeCl₂·4H₂O、CaCl₂、NaNO₂、Na₂SO₃、葡萄糖 (Glc)，

CDs、Au NRs 和 Au@Ag NRs 的表征

使用 DLS、HRTEM、TEM、UV-vis 吸收光谱和荧光光谱研究了 CDs、Au NRs 和 Au@Ag NRs 的大小、形貌和光学性质。DLS 分析显示 CDs 的平均水合粒径为 4.3 ± 1.5 nm（图 1A）。HRTEM 图像显示 CDs 表现出单分散形貌，具有均匀的球形结构和分辨良好的 0.246 nm 晶格间距，这对应于石墨碳的 (100) 面 [39] (

结论

在本研究中，使用 CDs-Au@Ag NRs 作为纳米探针建立了一种监测 H₂O₂ 的新新颖荧光传感策略。该策略涉及基于 CDs-Au@Ag NRs 系统内 FRET 效应和蚀刻反应的荧光猝灭 - 恢复（“开 - 关”）过程。在存在 Au@Ag NRs 的情况下，CDs 的荧光被猝灭，并且在 H₂O₂ 蚀刻 Au@Ag NRs 表面的 Ag⁰ 层后逐渐恢复。CDs 的荧光恢复程度与

CRediT 作者贡献声明

邓婷婷: 概念化、方法论、软件、验证、形式分析、调查、写作 - 初稿。何海波: 概念化、验证、软件、资源、写作 - 审查与编辑、监督、项目管理、资金获取。王一山: 方法论、数据管理。雷允懿: 资源。赵咏梅: 资源。严晓霞: 写作 - 审查与编辑。罗礼强: 写作 - 审查与编辑。

竞争利益声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能会影响本论文报告的工作。

致谢

这项工作得到了 国家自然科学基金委（No. 21974085）的财务支持。

邓婷婷 | 何海波 | 王一山 | 雷允懿 | 赵咏梅 | 严晓霞 | 罗礼强

上海大学理学院化学系，上大路 99 号，上海 200444，中华人民共和国