Cu-CDs/ABEI@Ag结合过氧化物酶类似催化活性，用于咖啡中草甘膦残留的化学发光检测

《Food Chemistry》：Cu-CDs/ABEI@Ag with peroxidase-like catalytic activity for chemiluminescence sensing of glyphosate residues in coffee

化学发光传感器通过Cu-CDs/ABEI@Ag复合纳米材料实现草甘膦的高灵敏度检测，检测限3.87 μg/L，在咖啡样品中验证有效性。

　　

李秋兰|戴家赫|杨亚玲|侯林倩|李红

云南农业大学食品科学与技术学院，昆明650201，中国

摘要

本研究设计了一种“关闭”型化学发光（CL）传感器，用于检测草甘膦（Gly），该传感器以Cu-CDs/ABEI@Ag作为CL增强剂。铜掺杂碳点（Cu-CDs）通过样品微波消化法制备，AgNO₃在N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺（ABEI）的作用下被还原为银纳米粒子（AgNPs），ABEI被用作温和的还原剂。Cu-CDs和AgNPs表现出类似过氧化物酶（POD）的特性，能够将H₂O₂分解为活性氧物种（ROS），如?OH、?O₂^?和¹O_{2，从而产生CL信号。通过将ABEI整合到催化剂系统中，CL试剂集中在催化剂内部，减少了催化剂与ABEI之间的空间分离，从而放大了CL响应。值得注意的是，Gly可以通过Cu-CDs/ABEI@Ag与Gly之间的相互作用抑制POD样活性，从而降低ABEI氧化产生的CL强度。基于这种高灵敏度的“关闭”响应，开发了一种用于检测Gly的CL纳米传感器，检测限达到3.87?μg/L。此外，在咖啡样品中获得了令人满意的加标回收率（95.86–111.13%），表明该传感器在现场Gly监测中具有很好的应用前景。}

引言

草甘膦（Gly），化学名称为N-(膦甲基)-甘氨酸，是最广泛使用的非选择性、广谱有机磷农药，具有杀虫作用（Li, Ni等，2023）。由于其成本效益高、效力强以及对哺乳动物的毒性相对较低，它被广泛用作除草剂，但也导致了广泛的环境污染（Zhan等，2013）。最近的研究表明，环境中和农产品中普遍存在的Gly残留物威胁着生态系统和农业稳定性，以及人类和动物的健康（Agostini等，2020）。特别是在咖啡等经济作物中，Gly残留问题引起了食品安全和公共卫生的高度重视（Luo等，2024）。Luo等人系统地阐述了Gly如何干扰作物代谢过程并通过食物链传播，强调了在咖啡中需要高度敏感和选择性的检测方法（Luo等，2024）。Gly污染主要通过农业灌溉水传播，并具有很高的环境迁移性（Azma等，2023）。作为一种关键的非点源污染物，对其监测对于确保整个供应链的食品安全至关重要（Azma等，2021）。因此，许多国家和国际组织已经为农产品和食品中的Gly制定了最大残留限量（MRL）规定（Luo等，2021；Yang等，2022）。

不同的分析方法，包括气相色谱（GC）（Saurat等，2023）、高效液相色谱（HPLC）（Bastidas-Bastidas等，2024）、液相色谱-质谱（LC-MS）（Martin等，2023）、差分脉冲伏安法（DPV）（Gholivand等，2018）、比色法（Yuan等，2017）、荧光法（Li等，2016）、光电化学（PEC）（Cao等，2019）、电化学发光（ECL）（Zhang等，2015）、智能手机检测（Li等，2025）和化学发光（CL）（Chang等，2023）被广泛用于Gly的检测。CL传感器因其速度快、简单、灵敏度高和成本低而特别受到青睐。

基于“关闭”型纳米酶的CL传感器因其高特异性而被广泛用于检测低浓度污染物（Deng等，2019；Kagalwala & Lippert，2022；Wang等，2020）。然而，当前的Gly检测系统在复杂基质（如咖啡）中难以平衡灵敏度、稳定性和抗干扰性，限制了其实际应用。主要挑战在于催化核心效率低下以及发光试剂与催化系统之间的兼容性差。

基于碳的纳米材料凭借其多功能性，在传感领域得到了越来越广泛的应用（He等，2020）。其中，碳点（CDs）常被用作酶模拟物和还原剂，具有低成本、良好的生物相容性和无毒性等优点（Hu等，2021；Wang等，2019）。然而，它们有限的过氧化物酶（POD）样活性和较差的电子转移效率导致H₂O₂分解能力弱，产生的活性氧物种（ROS）不足，CL信号强度低且信号放大效果不佳。异原子掺杂——特别是铜掺杂——有效增强了CDs的电子性能。铜掺杂碳点（Cu-CDs）形成了稳定的Cu–C/O活性位点和可逆的Cu²⁺/Cu⁺氧化还原对，显著提高了POD样活性，从而实现了高效的ROS生成，克服了纯CDs的局限性（Huang等，2025）。

试剂与催化剂之间的兼容性差也会导致CL信号损失。信号分子经常扩散或无法到达催化位点，降低了试剂利用率并削弱了信号响应，尤其是在实际样品条件下。N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺（ABEI）是一种高度可还原的鲁米诺衍生物，含有活性氨基（Wang等，2022），可以容易地固定在催化表面上或进行修饰，从而改善了集成效果。用银纳米粒子（AgNPs）修饰的ABEI系统加速了ABEI-H₂O₂反应并增强了生物分子相互作用（Cheng等，2020）。研究表明，基于金属的纳米复合材料可以提高ABEI介导的CL效率。此外，现有文献证实Cu²⁺可以与Gly分子中的磷酸基团和氨基发生配位作用，形成稳定的复合物（Li, Wang等，2023）。

受先前研究的启发，本工作旨在通过使用Cu-CDs和ABEI作为双重还原剂共同还原硝酸银并形成AgNPs，克服现有Gly-CL检测系统的技术限制。因此构建了一种催化-发光集成Cu-CDs/ABEI@Ag复合纳米酶（图1）。该纳米酶表现出强烈的POD样活性，在H₂O₂存在下有效催化ABEI氧化，生成激发态的6-[N-(4-氨基丁基)-N-乙氨基]-邻苯二甲酸，并产生稳定的CL信号。Gly可选择性地淬灭这一信号，实现了一种用于检测Gly的“关闭”型CL纳米传感器。进一步研究了Gly抑制信号的机制。为了评估实际应用效果，将该传感器应用于咖啡样品中的Gly检测，证明了其在复杂食品基质中的有效性。

部分内容摘录

化学品和试剂

ABEI（95%）、各种农药（Gly、甲基对硫磷、对硫磷、丙硫磷、对氧磷）和咖啡因购自中国上海Macklin公司。戊二醛（25%）和CuCl₂·2H₂O（≥99%）购自中国上海新华药业试剂有限公司。硝酸银（AgNO₃）、3,3′,5,5’-四甲基联苯胺（TMB，≥99%）、过氧化氢（H₂O₂，30% w/w）、2,2′-偶氮双（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）（ABTS）、o-苯二胺（OPD）和4-氨基安替比林（4-AP）由...

纳米酶的表征

为了确认Cu-CDs/ABEI@Ag的形态和组成，进行了TEM、XRD、FTIR和XPS分析。如图1a和b所示，Cu-CDs/ABEI@Ag显示出分散性好且均匀的准球形颗粒。高分辨率TEM（HRTEM）显示Cu-CDs/ABEI@Ag的晶格间距为0.22?nm，与Ag纳米颗粒的（111）晶体学平面相匹配（Khoshbin等，2024）。Cu-CDs/ABEI@Ag的XRD结果如图1c所示，主要峰值为2θ?=?31.55°，

结论

总结来说，Cu-CDs/ABEI@Ag通过使用ABEI和Cu-CDs作为温和的还原剂，通过简单的一锅法成功制备。得益于合成的Cu-CDs/ABEI@Ag出色的POD样活性，它可以催化ABEI-H₂O₂反应，从而产生CL。利用Gly对ABEI氧化过程的抑制作用，成功建立了一个基于ABEI-H₂O₂-Cu-CDs/ABEI@Ag系统的灵敏且快速的Gly CL检测平台。

CRediT作者贡献声明

李秋兰：撰写——原始草稿、方法学、研究、数据分析。戴家赫：项目管理、方法学。杨亚玲：撰写——审阅与编辑、资源管理、研究、数据分析。侯林倩：数据管理。李红：撰写——审阅与编辑、验证、研究。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作部分得到了云南省农业生物育种和农产品深加工重大科技专项（202502AE090034）的支持。我们衷心感谢云南省咖啡重点实验室（202449340030CE）、云南省高层次科技人才和创新团队专项（202405AS350023）以及高校服务重点产业的科技项目提供的财政支持