基于Fe-MOFs类过氧化物酶活性的邻苯二甲酸酯类化合物的比色检测

《Microchemical Journal》：Colorimetric detection of phthalate esters based on peroxidase–like activity of Fe-MOFs

色度传感平台基于Fe-MOFs催化H?O?生成ROS氧化TMB为oxTMB，PAEs浓度与A652负相关，DBP检测线性范围1.0×10??–5.0×10?? mol/L（R2=0.996），LOD 2.7×10?1? mol/L，在菠菜、番茄、黄瓜等真实样品中验证有效。

　　

张莉莉|陈一鸣|王浩伟|王俊毅|史俊|牛启健|董秀秀

教育部现代农业装备与技术重点实验室（江苏大学），江苏大学农业工程学院，江苏省镇江市212013

摘要

由于邻苯二甲酸酯（PAEs）具有干扰内分泌的作用，因此在食品样品中准确检测其存在对食品安全监测至关重要。本文开发了一种比色（CL）传感平台，该平台对所有PAEs分析物均表现出普遍的响应性。在传感系统中，具有类过氧化物酶（POD-like）活性的Fe-MOFs催化H?O?生成活性氧（ROS），这些活性氧将无色的3,3′,5,5′-四甲基联苯胺（TMB）氧化为蓝色的氧化产物（oxTMB）。然而，当加入PAEs后，PAEs会与TMB竞争活性物质，导致生成的oxTMB减少。因此，随着PAEs浓度的增加，归属于oxTMB的紫外吸收峰强度也会下降。以邻苯二甲酸二丁酯（DBP）为例，建立了吸收强度（A₆₅₂）与目标浓度（1.0?×?10^?9–5.0?×?10^?5?mol/L）之间的线性关系。相关系数（R²）为0.996，检测限（LOD）为2.7?×?10^?10?mol/L。分别对多种目标PAEs进行了信号响应评估。使用Fe-MOFs构建的CL传感平台已被证明是检测实际样品中DBP的可靠系统，并取得了令人满意的回收结果。该方法在白菜、樱桃番茄和水果黄瓜样品中的成功应用表明，它具有检测复杂样品中PAEs的潜力。

引言

作为常用的增塑剂，邻苯二甲酸酯（PAEs）被添加到食品包装、建筑材料、药品、农业薄膜和个人护理产品中[1]。由于PAEs并未与聚合物发生化学结合，它们容易迁移到环境中，造成环境污染。最终，这些物质可以通过多种途径进入人体，对健康构成风险[2]。环境中的PAEs对生物体有巨大的负面影响，它们可以被植物吸收并在生物体内积累，导致品质下降、产量减少和植物生长受阻[3]、[4]、[5]、[6]。通过食物链进入人体后，这些PAEs可能带来潜在的健康风险[7]、[8]。长期暴露于PAEs与神经递质功能紊乱、神经行为异常以及儿童哮喘发病率的增加有关[9]、[10]、[11]、[12]。迄今为止，已鉴定出超过三十种不同的PAEs[13]。美国环境保护署（U.S.EPA）、欧盟（EU）和中国已将六种PAEs（邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、邻苯二甲酸丁基苄基酯（BBP）、邻苯二甲酸二甲酯（DMP）、邻苯二甲酸二乙酯（DEP）和邻苯二甲酸二正辛酯（DNOP）列为优先污染物[14]。因此，开发简单、快速且具有广谱检测能力的PAEs检测方法对于准确评估环境安全性和保护人类健康至关重要。

目前，已经开发了许多检测PAEs的方法，其中大规模仪器分析是最广泛采用的方法。Shi等人使用高效液相色谱（HPLC）检测水生生物和海水中的PAEs[15]。Wang等人报告称，气相色谱-质谱（GC–MS）可用于食用油中邻苯二甲酸酯的灵敏检测[16]。尽管传统的分析仪器在检测PAEs方面具有高灵敏度和准确性，但它们存在一些固有的局限性，包括复杂的样品预处理要求、高昂的仪器成本、需要专业操作以及大量的有机溶剂消耗。这些限制使得它们无法满足对食品中PAEs进行实时、快速原位检测的迫切需求[17]。为了克服这些挑战，已经开发了许多快速检测方法[18]、[19]、[20]、[21]、[22]、[23]、[24]。比色（CL）传感技术由于其简单性、便携性、操作便捷性和低成本而在食品分析和环境监测中得到了广泛应用[25]、[26]、[27]。近年来，利用纳米酶的高酶样活性的CL传感方法在PAEs检测中越来越受欢迎[28]、[29]、[30]。

目前开发的纳米酶可以分为以下几类：碳基纳米酶、金属基纳米酶、金属氧化物基和硫化物基纳米酶、金属有机框架（MOFs）以及其他纳米酶[31]、[32]、[33]、[34]。在各种纳米材料中，MOFs因其可定制的结构和稳定的性能而脱颖而出，成为生物传感应用中非常有前景的纳米酶材料[35]、[36]、[37]、[38]。Xu等人基于Fe-MOF的类过氧化物酶催化活性开发了一种电化学免疫传感平台用于检测脱氧雪腐镰刀菌烯醇[39]。Chen等人使用Ce-MOF作为敏化剂构建了一种传感器，用于检测茶叶中的微量元素铜[40]。Gan等人成功制备了一种便携式试纸条，利用Eu-MOF在260?nm处的红光发射来检测四环素[41]。此外，使用MOFs作为探针的CL传感平台在农药、生物分子、重金属离子和环境污染物分析中得到了广泛应用[42]、[43]、[44]。Zhang等人利用基于Co-MOF的薄膜的总色差值来监测新鲜苹果的新鲜度[45]。Zhu等人使用固定了辣根过氧化物酶（HRP）的Cu-MOFs，并以3,3′,5,5′-四甲基联苯胺（TMB）作为底物，实现了PAEs的CL检测[46]。在这些纳米酶中，NH₂-MIL-88B（一种Fe-MOFs）经常被用于构建比色传感平台[47]、[48]。其普遍性归因于存在不饱和铁位点和强Fe-O键，这使它们在水和有机介质中都具有显著的稳定性[49]、[50]、[51]。

在本研究中，构建了一种基于NH₂-MIL-88B的CL传感平台用于检测PAEs。由于其独特的结构和高效的电子转移能力，NH₂-MIL-88B表现出优异的类过氧化物酶（POD-like）活性。H₂O₂被催化生成活性氧（ROS），这些活性氧将无色的TMB氧化为oxTMB（蓝色氧化产物）。PAEs的加入会消耗部分ROS，从而导致生成的oxTMB减少（图1）。这为PAEs的比色检测提供了可行的基础。开发了一种简单、快速且方便的CL传感平台用于检测PAEs。系统评估了该传感器的性能，包括其线性范围和检测限（LOD）。此外，本研究还探讨了该CL传感平台在实际白菜、樱桃番茄和水果黄瓜样品中检测PAEs的能力。

材料与化学品

N、N-二甲基甲酰胺（DMF）、冰醋酸（C₂H₄O₂）、乙酸钠（C₂H₃NaO₂）、甲醇（CH₄O）和无水乙醇（C₂H₆O）均从中国Sinopharm购买。TMB从上海Titan Scientific Co., Ltd.获得。DBP、DEP、BBP、邻苯二甲酸二乙酯（DIDP）、DMP、邻苯二甲酸二异壬基酯（DINP）和正己烷（C₆H₁₄）从Macklin Biochemical Technology Co., Ltd.获得。2-氨基对苯二甲酸（C₈H₇NO₄）和六水合氯化铁（FeCl₃·6H₂O）从Aladdin Biochemical购买

NH₂-MIL-88B的表征

首次对合成的NH₂-MIL-88B的形态和尺寸进行了表征。如TEM和SEM图像（图1A、B、C）所示，所得颗粒呈现出均匀的八面体结构，平均尺寸约为150?nm。如图1D和E所示，EDS证明NH₂-MIL-88B主要由C、N、O和Fe四种元素组成，这些元素分布均匀[55]、[56]。根据IUPAC分类，N₂的吸附-解吸等温线

结论

总之，基于H₂O₂催化的TMB与PAEs对活性物质的竞争以及伴随的颜色变化，成功开发了一种灵敏的CL检测方法。该方法的吸收强度（A₆₅₂）与PAEs浓度在1.0?×?10^?9至5.0?×?10^?5?mol/L范围内的关系呈线性，相关系数（R²为0.996，检测限（LOD）为2.7?×?10^?10?mol/L。基于这种高效纳米酶系统的CL传感平台

CRediT作者贡献声明

张莉莉：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原始草稿，方法学研究，数据管理。陈一鸣：数据管理，软件操作。王浩伟：撰写 – 审稿与编辑，实验研究，数据管理。王俊毅：数据管理，软件操作。史俊：撰写 – 审稿与编辑，软件操作。牛启健：撰写 – 审稿与编辑，项目监督，概念构思。董秀秀：撰写 – 审稿与编辑，项目监督，资金获取，概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号：62201230）、江苏省自然科学基金（编号：BK20220546）、中国博士后科学基金（编号：2021M691314）、江苏省高等教育机构优先学术发展计划（编号：PAPD-2023-87）以及江苏省研究生研究与实践创新计划（编号：KYCX25_4248）的支持。