中科院Nature子刊电纺纤维膜用于可视化检测虾和蟹的新鲜度

　　针对食品安全问题的爆炸性增长，特别是发展中国家的食品安全问题，简单、快速、低成本和准确的食品安全监测系统正变得更加紧迫和必不可少。生物胺是监测食品质量和辅助诊断疾病的重要生物标志物，通常是在食品变质或内源性组织代谢过程中，由于外部微生物活动导致氨基酸降解而产生的。目前，检测生物胺的方法很多，包括液相色谱法、电化学装置、导电高分子材料和光学传感器。其中，光学传感器因其高灵敏度和良好的选择性而受到越来越多的关注。然而，传统的光传感器仅根据荧光强度的变化来进行检测，往往不能达到预期的效果，因为检测精度容易受到浓度、仪器，特别是温度、湿度等外部环境的影响。大多数情况下荧光强度变化很小，人眼对荧光亮度变化的敏感性有限，可能会增加实验误差，甚至导致裸眼检测模式失败。在实际应用中，理想的光学传感器不仅要具有良好的分辨率和精度，而且要具有操作简单、分析时间短、可视化方便等优点。
　　近日，中科院化学所张军团队设计并制备了基于纤维素的荧光比色材料，该材料具有优异的胺反应性能，能够实时、直观地检测海鲜的新鲜度。利用纤维素链上的活性羟基，以荧光素异硫氰酸酯(FITC)为指示剂，以原卟啉IX (PpIX)为内标物，分别对醋酸纤维素(CA)进行共价固定。通过简单地将绿色发光的CA-FITC与不同比例的红色发光的CA-PpIX混合，得到了一系列双发射固体荧光材料。在5.0 ppm ~ 2.5×104ppm范围内，对氨表现出灵敏、变色、快速、线性的反应。由于纤维素衍生物具有良好的溶解性和可加工性，制备的材料可以很容易地加工成不同的材料形式，包括油墨、涂料、柔性薄膜和纳米纤维膜。电纺纳米纤维膜作为一种低成本、高对比度、快速反应的荧光标记，成功地应用于虾蟹新鲜度的视觉监测。相关研究成果以＂Amine-responsive cellulose-based ratiometric fluorescent materials for real-time and visual detection of shrimp and crab freshness＂为题目发表于国际知名期刊Nature Communications上。
　　图1 纤维素基荧光材料的加工性能。
　　通过溶液处理，将具有红色初始荧光的纤维素基双发射荧光材料(mCA-FITC/mCA-PpIX = 1:5)通过静电纺丝法制备成印花图案、涂覆塑料、柔性透明膜和纳米纤维膜。所得到的双发射荧光纤维素衍生物具有无毒、可生物降解、成本低、机械性能优良等优点，有望作为智能包装和智能标签。
　　图2 虾新鲜度的检测。
　　以虾为例，研究者测试了所制备的材料是否可以作为监测海鲜新鲜度的智能标签。红色代表新鲜，黄色代表轻微变质，绿色代表变质。由于纳米纤维具有比表面积大、孔隙率高等优点，采用纳米纤维电纺膜进行了后续试验。在虾的每个包装箱的内顶部固定一层电纺膜，在三种不同温度下保存1-5天。在25℃和4℃条件下保存1天后，膜的荧光颜色分别变为浅绿色和黄色。在-16℃保存5天后，膜的荧光颜色变为黄色。因此，食品新鲜度检测简单、快速、准确，对保证食品安全具有重要意义，为食品企业提供了实际应用。
　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-08675-3
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