一种双功能铁有机框架微球，用于茶叶中没食子酸的双模式检测

《Microchemical Journal》：A bifunctional iron-organic framework microsphere for the dual-mode detection of gallic acid in tea-leaves

　　

杨莉|陈正|张佳友|何美静|黄毅琳|杨胜男|王先祥|何莉

四川省农业大学科学学院，新康路，玉城区，雅安625014，中华人民共和国

摘要

没食子酸（GA）是一种具有抗氧化、抗病毒和抗菌活性的生物活性多酚，因其生理和药理意义而备受关注。本文报道了一种基于荧光和比色读数的双重模式传感平台，用于检测GA。该传感系统采用铁基有机框架（Fe-MOF）微球构建，这些微球具有内在的荧光性和类似过氧化酶的催化活性。在H₂O₂存在下，这些微球可催化3,3′,5,5′-四甲基苯胺（TMB）氧化为其氧化后的蓝色形式（oxTMB），同时通过荧光共振能量转移导致荧光淬灭。加入GA后，oxTMB被还原为TMB，从而引起颜色变淡和荧光恢复。通过监测吸光度和荧光变化可以实现对GA的定量测定，检测限分别为6 μM和0.9 μM。所提出的方法表现出优异的选择性、重复性和实用性，在Camellia sinensis叶片样品中的回收率范围为90%至99%。此外，Fe-MOF微球被封装在凝胶基质中，制成的便携式比色探针可通过RGB值分析实现快速现场GA检测。这项工作为多酚化合物的双模式检测提供了一种可靠的策略，在食品质量控制方面具有广阔前景。

引言

没食子酸（GA）是一种天然存在的酚类化合物，在多种植物、水果和茶叶中广泛分布[1]。由于其强的还原性质，在强氧化剂存在下，GA可以很容易地被氧化成醌类物质。越来越多的证据表明，它在预防和治疗多种神经系统疾病（包括阿尔茨海默病、帕金森病和神经炎症）方面具有广泛的药理潜力[2]、[3]。因此，准确量化GA对于确保食品安全、评估药理效果以及评估其对人类健康的生理和毒性影响至关重要。

迄今为止，已采用多种分析技术（如高效液相色谱法（HPLC）、电化学分析、荧光光谱学、比色法和化学发光法）来检测GA[4]、[5]、[6]、[7]。然而，这些传统方法往往存在固有的缺点，包括操作复杂性高、样品体积要求大以及选择性有限。例如，HPLC和电化学检测通常需要繁琐的样品准备步骤。鉴于这些局限性，人们越来越需要能够提供高灵敏度、优越选择性和操作简便性的替代分析策略。在这种情况下，比色法和荧光法因其良好的稳定性和高灵敏度而被广泛使用，为开发快速、经济且可靠的传感平台提供了新的途径。然而，单模式检测的局限性（如易受基质干扰以及假阳性或假阴性的风险）往往会影响分析的准确性和可靠性[8]、[9]、[10]。为了解决这些问题，提出了一种整合荧光和UV–vis吸收的双模式传感策略。这种方法能够通过两个独立信号之间进行交叉验证，并提供来自不同维度的互补信息，从而实现目标分析物的高度可靠和准确的检测[5]、[11]、[12]。

金属有机框架（MOFs）是一类由金属离子/簇和有机配体组成的结晶多孔材料，已成为传感应用的理想平台[13]、[14]。它们无机和有机成分的独特协同作用不仅赋予了它们内在的荧光特性，还使它们能够模拟天然酶（如过氧化酶[15]、[16]、氧化酶[17]、[18]）的活性，因此特别适合用于双模式传感。在这些MOFs中，铁基MOFs因其可调的孔径和高比表面积而受到广泛关注，能够有效富集和识别目标物质，从而显著提高检测灵敏度[17]、[19]、[20]。同时，铁中心的价态和配位环境可作为信号开关，实现荧光淬灭或比色信号的快速和特异性响应[21]、[22]、[23]。因此，基于铁基MOFs构建双模式传感平台以实现对GA的灵敏可靠检测是必要的。

在本研究中，我们通过简单的一锅法水热制备方法合成了具有类似过氧化酶活性的黄色荧光铁基有机框架微球（Fe-MOF）。Fe-MOF与H₂O₂之间发生类似芬顿反应，生成羟基自由基（·OH），这些自由基催化无色底物TMB氧化生成蓝色氧化产物oxTMB。此外，oxTMB与Fe-MOF之间发生弗斯特共振能量转移（FRET）过程，导致Fe-MOF的荧光被oxTMB淬灭，从而无需额外的淬灭剂。在没食子酸存在下，oxTMB被还原为无色的TMB，中断FRET相互作用并恢复Fe-MOF的荧光。本研究提出了一种新的双模式比色和荧光方法，通过监测652 nm处的UV吸收和534 nm处的荧光来检测GA。此外，我们还探索了利用这种双模式传感策略的便携式凝胶检测系统的潜力，旨在为各种实际场景提供便捷的现场GA检测工具。

节摘

材料

所有试剂均为分析级，可直接使用，无需进一步纯化。N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、琼脂糖、六水合三氯化铁（FeCl₃·6H₂O）、硫脲和H₂O₂购自Cologne Chemicals Co., Ltd.（成都，中国）。2,5-二羟基对苯二甲酸（2,5-DHTA）、邻苯二胺（OPD）、2,2′-偶氮双（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）（ABTS）、EDTA、半胱氨酸（Cys）、柠檬酸（CA）和TMB购自Macklin Biochemical Technology Co., Ltd.

双功能Fe-MOF微球的表征

Fe-MOF的SEM图像显示在图1a中。Fe-MOF呈现出类球形形态，由多个直径约为100 nm的小立方体组成。EDS分析（图1b）证实了C、Fe和O的均匀分布。通过FT-IR（图1c）还比较了Fe-MOF与配体的化学结构。配体的CO伸缩振动吸收从1650 cm^?1转移到Fe-MOF的1598.9。对称和非对称伸缩

结论

总结来说，通过简单的一步水热策略成功合成了Fe-MOF微球，表现出卓越的类似过氧化酶的活性。动力学分析显示，与天然辣根过氧化酶相比，其底物亲和力和催化效率更优，Km值显著较低（TMB为0.02 μM，H₂O₂为0.01 μM）。机制研究表明，类似过氧化酶的活性来源于·OH和·O₂^?的生成

CRediT作者贡献声明

杨莉：写作 – 审稿与编辑、监督、资金获取、概念构思。陈正：写作 – 审稿与编辑、初稿撰写、研究、数据整理。张佳友：写作 – 审稿与编辑、形式分析。何美静：写作 – 审稿与编辑、形式分析。黄毅琳：写作 – 审稿与编辑、形式分析。杨胜男：写作 – 审稿与编辑、形式分析。王先祥：写作 – 审稿与编辑、形式分析。何莉：写作 –

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

本工作得到了国家自然科学基金（NSFC）（编号22402136和22502131）以及四川省科技计划（编号2025ZNSFSC0906和2025ZNSFSC0898）的财政支持。