基于 CDs@MIL-88-NH? 的比率型荧光/比色双模式传感平台用于精氨酸和亚硝酸盐的快速特异性检测

《Food Chemistry》：A ratiometric fluorescence/colorimetric dual-mode sensing platform based on CDs@MIL-88-NH? for rapid and specific detection of arginine and nitrite

　　

• •
  CDs@MIL-88-NH?作为整合荧光和类酶活性的双模平台。
• •
  CDs@MIL-88-NH?用于精氨酸 (Arg) 和亚硝酸盐的快速特异性检测。
• •
  Arg 诱导 CDs@MIL-88-NH?结构分解以进行比率荧光测定。
• •
  Arg 和亚硝酸盐的检出限 (LOD) 分别为 0.14 μg/mL 和 0.001 μg/mL。
• •
  使用 CMY 多色模式的亚硝酸盐比率比色法 (A₄₅₀/A₅₅₀)。

引言

精氨酸 (Arg) 是一种必需氨基酸，在调控各种生理功能中起着至关重要的作用，包括免疫调节、伤口愈合以及刺激生长激素和胰岛素，从而影响人类健康 (Canè, Geiger, & Bronte, 2025; Chen et al., 2025; Xu et al., 2018; Yang et al., 2024)。然而，体内过高的 Arg 水平会引发过敏反应，导致低血压，并损害肾功能 (Caldwell, Rodriguez, Toque, Narayanan, & Caldwell, 2018; R. Li et al., 2025; Shiraseb et al., 2022)。因此，及时检测异常的 Arg 水平对于确保食品安全和质量至关重要。亚硝酸盐是自然界中最普遍的含氮化合物之一 (Y. Sun et al., 2024)。然而，过量摄入亚硝酸盐可能会在人体内诱发急性中毒反应 (Ameen, Algethami, & Omer, 2025; L. Li, Lin, Xu, Yang, & Jiang, 2024; H. Sun et al., 2025)。在胃汁的高酸度条件下，亚硝酸盐可与胺类化合物反应生成大量的亚硝胺，这是与胃癌和食道癌发生相关的强致癌物 (Clayton-Cuch, Niklas, Duedahl-Olesen, Amlund, & Sloth, 2025; Deng et al., 2024; Ma, Li, Hu, Cai, & Dou, 2020)。鉴于日常频繁接触 Arg 和亚硝酸盐，监测食物和人体内它们的水平是非常必要的。目前，已报道了多种检测 Arg 和亚硝酸盐的技术，包括高效液相色谱 (Ilayaraja, Murugan, & Parthiban, 2024; Tsikas, B?hmer, & Mitschke, 2010; Zeng et al., 2022)、气相色谱 (Kendall & Evershed, 2020; Tsikas et al., 2010)、质谱 (Hu et al., 2019; Zhong et al., 2024) 和毛细管电泳 (Costa et al., 2019; ?ztekin, Nutku, & Erim, 2002)。尽管这些方法具有令人称赞的准确性和灵敏度，但它们受限于相关昂贵的设备、繁琐的样品制备和高成本，这极大地限制了它们在临床诊断和食品分析领域的实际实施。因此，迫切需要开发一种精确、灵敏、便携且用户友好的方法，用于现场检测和实时测量 Arg 和亚硝酸盐。

近年来，几种快速检测方法，包括化学发光、电化学分析、荧光和表面增强拉曼光谱，已经出现并被广泛应用于分析领域。由于单一光信号容易受到干扰，比率信号方法具有独特的优势 (Lu et al., 2022; Miao, Wu, Li, & Zhang, 2023; Wang et al., 2025)。值得注意的是，产生的荧光或比色信号取决于分析物诱导的两个波长处光信号的变化，尽管其重复性有限，但基于比率的光信号和这些光信号的比率不受探针浓度或基质复杂性的影响 (Antón-Cánovas & Alonso, 2023; Liang et al., 2024; Wan et al., 2025)。这些特性显著提高了检测的准确性和灵敏度，使得该方法特别适合识别复杂基质中的痕量分析物。基于纳米材料的生物传感平台已被创建以提高检测灵敏度并稳定光信号。在过去的几十年里，金属有机框架 (MOFs) 因其独特的光学和催化特性而在生物分析应用中被广泛利用 (Mohanty, Kumari, Yadav, Kanoo, & Chakraborty, 2024；Huang, 2025)。MOFs 由通过配位键连接的有机配体和金属离子或簇组成，这赋予了它们结构多样性、高比表面积和可调孔隙率 (Huang et al., 2025; Linares-Moreau, Brandner, & Velásquez-Hernández, 2024)。它们的催化活性源于嵌入多孔结构中的活性位点。特别是，铁基 MOFs 表现出稳定的 MOF 结构、卓越的类酶活性、出色的生物相容性以及优异的热稳定性和化学稳定性等优点，使其非常适合生物分析应用 (Guo et al., 2023; Lu, 2025; Sun, 2025)。

在本研究中，开发了一种新型碳点 (CD) 掺杂的铁基 MOF，即 CDs@MIL-88-NH? (图 1A)，以促进在复杂基质中对 Arg 和亚硝酸盐进行比率荧光和比色检测。配体 NH?-BDC 在 450 nm 处表现出特异性荧光，在与 Fe 结合形成 MIL-88-NH?时荧光减弱。加入 Arg 后，CDs@MIL-88-NH?的结构崩塌，导致 NH₂-BDC 荧光发射蓝移至 430 nm。然而，CDs 的光信号在整个过程中基本保持不变，从而作为监测比率双信号的参考。观察到比率荧光信号 (I₄₃₀/I₅₈₀) 与 Arg 浓度之间存在线性关系，表明可以定量检测 Arg (图 1B)。此外，CDs@MIL-88-NH₂ 表现出氧化酶和过氧化物酶活性。当使用 3,3′,5,5′-四甲基联苯胺 (TMB) 作为底物时，生成的 oxTMB 在酸性条件下与亚硝酸盐反应，产生在 450 nm 处有吸收的黄色偶氮化合物。该产物可以与 CDs 结合以产生比率比色信号 (A₄₅₀/A₅₅₀) 以实现亚硝酸盐的定量 (图 1C)。建立的方法有效促进了在复杂基质（包括人血、肉类和熟食）中对 Arg 和亚硝酸盐的精确检测，从而为食品安全、中毒干预和早期疾病诊断提供了技术支持。

章节摘要

CDs@MIL-88-NH?的制备

将 Rhb (2.5 mg) 溶解在 10 mL 超纯水中，并在 160 °C 下进行水热处理 2 h。然后将粗分散液使用 200-kDa 膜进行彻底的透析 24 h，得到纯化的 CDs，随后在 4 °C 下储存以备进一步使用。将 F127 (0.16 g) 和 FeCl?·6H?O (179.5 mg) 溶解在超纯水 (13.44 mL) 中，并在室温下搅拌 1 h。逐滴加入冰醋酸 (0.6 mL)，并搅拌混合物

表征

CDs@MIL-88-NH₂ 使用水热法分两步合成，以 NH₂-BDC 作为配体，FeCl₃·6H₂O 作为金属中心，CDs 作为客体 (图 2A)。如 TEM 图像所示 (图 2B)，CDs 均匀分散，呈现直径约为 2 nm 的球形颗粒，表明具有明显的晶体结构。MIL-88-NH₂ 表现出均匀的六方棱柱形态 (图 2C 和 D)。相邻顶点之间的距离

结论

在本研究中，我们开发了铁基 CDs@MIL-88-NH₂，它通过与 Arg 的相互作用重新激活了配体 NH₂-BDC 的荧光，从而建立了基于 CDs 的比率荧光方法，用于灵敏检测人血清和肉样中的 Arg。此外，由于 CDs@MIL-88-NH₂ 具有氧化酶和过氧化物酶活性，无色底物 TMB 被转化为蓝色 oxTMB。在酸性条件下，亚硝酸盐与 oxTMB 相互作用

CRediT 作者贡献声明

陈浩天：写作 – 初稿，验证，软件，方法论，调查，形式分析，数据整理，概念化。 颜佳怡：写作 – 初稿，验证，软件，调查，形式分析，数据整理，概念化。 刘双双：方法论，形式分析。 陈子默：形式分析。 姚寒冰：方法论，调查。 詹玉娟：调查，形式分析。 肖滨宇：可视化，调查。 舒长：写作 – 评审与

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些可能被认为影响了本论文中报告的工作。

致谢

本研究得到了 教育部药品质量控制与药物警戒重点实验室开放课题项目 (编号 DQCP20/21PQ02) 的支持。

陈浩天 | 颜佳怡 | 刘双双 | 陈子默 | 姚寒冰 | 詹玉娟 | 肖滨宇 | 舒长