摘要
天然酶因特异性强和催化性高等优势，被广泛应用于食品、环境、医疗等领域，但天然酶易失活，成本高等固有局限阻碍了其更广泛的应用。纳米酶打破了天然酶的局限性，极大拓展了酶在各领域的应用。其中，金属纳米酶由于具有优异金属特性，类似天然酶的活性位点，可灵活调节的结构，在纳米酶中脱颖而出。基于纳米酶的比色传感阵列因其操作简便、成本低廉和方便携带等优势在食品质量评价领域也受到了广泛的关注。含硫化合物和抗氧化剂分别作为食品中常见的有害物质和营养物质，与食品质量息息相关。因此，本文合成了两种金属纳米酶，分别是具有类氧化物酶活性的氮掺杂单原子钴纳米酶和具有类过氧化物酶活性的金铂双金属纳米酶，并基于这两种纳米酶开发了三通道比色传感阵列用于食品中含硫化合物和抗氧化剂的区分和定量检测，并结合密度泛函理论（DFT）计算对两种纳米酶的催化机理进行深入研究。最后，基于智能手机和凝胶片分别实现对含硫化合物和抗氧化剂的可视化检测。 （1）基于氮掺杂的单原子钴纳米酶构建比色传感阵列用于含硫化合物的检测 使用一锅热合成法，将金属Co嵌入N掺杂的石墨烯中，合成了具有氧化酶活性（OXD）的单原子Co纳米酶（CoN4-G）。通过DFT计算，对CoN4-G的高酶活性进行深入研究和详细解释。在CoN4-G的催化作用下，底物氧化的程度受到pH和含硫化合物的显著影响，基于此构建了三通道比色传感阵列，用于同时检测Na2S、Na2SO3、Na2S2O3和Na2S2O8。基于CoN4-G纳米酶的三通道比色传感器阵列成功区分浓度为10、20、40、60、80和100μmol/L的四种含硫化合物，不同浓度的含硫化合物以及多元含硫化合物的混合体系。在pH=3.0的HAc-NaAc缓冲液中，对四种含硫化合物的检测范围为1.6-320μmol/L，检测限为0.0778-0.218μmol/L。此外，该比色传感阵列具有良好的抗干扰能力，能够成功识别矿泉水，红酒，牛奶以及蛋清中的含硫化合物。最后，基于智能手机实现了含硫化合物的可视化检测。 （2）基于金铂双金属纳米酶构建比色传感阵列用于抗氧化剂的检测 采用典型的共还原法合成了具有过氧化物酶（OPD）活性的双金属Au2Pt纳米酶。DFT计算的结果表明，由于独特的双金属掺杂结构，Au2Pt纳米酶具有比单金属纳米酶更加优异的OPD活性。基于比色传感阵列成功实现了对五种抗氧化剂（维生素C（Vc）、谷胱甘肽（GSH）、半胱氨酸（CYS）、没食子酸（GA）和咖啡酸（CA））的区分和定量分析。不仅成功识别4μmol/L和16μmol/L的五种抗氧化剂，还成功识别了不同浓度的抗氧化剂及多元抗氧化剂的混合体系。在最优条件下，对Vc、GSH、CYS、GA和CA检测限分别0.124、0.1581、0.1163、0.259和0.1885μmol/L。该比色传感阵列具有良好的抗干扰能力，能够成功区分含有Vc的三种食品样品（牛奶、绿茶和橙子），还能够成功区分新鲜橙汁和暴露在空气中60min后的橙汁。最后，我们将Au2Pt纳米酶固载到琼脂糖凝胶片中，通过与自制的标准比色卡的对比，成功实现了对样品的可视化检测。
NETL