Advanced Materials:用于实时可视化监控食品质量的荧光金属有机框架

在食品生产、配送、制备和消费过程中,不恰当的处理可能导致严重的公共卫生风险。例如,食用变质的食物每年会导致数千万人患病,数十万人死亡。食物变质时会产生生物胺,最具代表性性的是组胺,可引起人体的过敏反应,如低血压、皮肤刺激、头痛,甚至导致死亡。为应对日益严重的食品安全问题,探索简单高效的食品质量检测技术已迫在眉睫。此外,准确、实时的食品质量评价可以避免不必要的食品浪费,挽回不必要的经济损失。在过去的几十年里,荧光传感技术因其无创性、快速响应和高灵敏度而受到广泛关注。特别是它具有将荧光探针和相关检测附件集成为便携式监控系统中的潜力。我们对荧光探针检测食品质量的大量研究进行了调查,发现它们中的大多数会产生单信号响应(开/关模式),一些与分析物无关的因素,如探针光漂白、样品光散射和激发光波动,可能会干扰检测的准确性和灵敏度。基于两个或多个信号的比率荧光探针具有自校准能力并且可以产生具有明显色相区别的不同颜色,以便肉眼进行可视化识别。实现比率荧光技术革命的一个关键在于开发新的探针材料。作为一种新兴的探针材料,金属有机框架(MOF)因其高比表面积、可调节的金属离子种类和多样的功能位点而在传感和检测方面具有特殊的前景。MOF探针量身定制的结构可以提供特定的主客体相互作用,用于选择性识别目标分子。据报道,一些双/多发射MOF通过电子离域诱导的发射红移、限制诱导的增强效应和能量转移用于鉴定胺化合物。然而,基于MOF的生物胺比率荧光传感器很少被报道。这是因为:1)双/多发射MOF的比例调节通常受到残余配体荧光、来自不同发射中心的能量转移以及复合物结构稳定性的限制。因此,对生物胺的荧光响应行为很难控制,最终的检测浓度范围总是超过实际需要。2)大多数检测模式依赖于具有固定参比信号的比率检测,并且来自探针材料荧光颜色的变化在期望的检测范围内通常是缓慢的,因此难以将其与便携式传感终端集成应用于现场实际应用。

浙江工业大学汪晶黄亮研究团队与德州大学圣安东尼奥分校陈邦林教授首次通过将镧系MOF(EuMOF)与5-异硫氰酸荧光素(5-FITC)分子共价偶联,成功地制备了双发射比率荧光探针。在这项工作中,5-FITC被选为发射中心,因为它的异硫氰酸酯基团可以通过亲电加成反应很容易地被胺基修饰,并且它具有对酸碱度敏感的绿色荧光,可以与Eu3+发射的红色荧光结合形成高分辨的颜色识别系统。基于FITC 响应pH产生的结构变化、分析物诱导的能量转移、分析物与EuMOF和探针之间的特殊相互作用所结合并产生的双信号响应机制,所获得的EuMOF-FITC探针在生物胺指数范围(≈5-50 mg/L)内对目标生物胺具有快速响应和优异的灵敏度。与现有材料相比,该探针显示出高度可辨别的荧光颜色变化。通过简单的掺杂方法,探针可以进一步与市售的玻璃纤维膜复合。此外,通过与基于智能手机的便携式监控系统相结合,EuMOF-FITC复合膜成功地指示了鱼肉样品的新鲜度。

研究者相信,此项研究将会为MOF为基础的比率荧光探针材料提供新的设计策略,并为集成监控系统应用于食品安全领域提供新的思路。

论文信息:

A Fluorescent Metal–Organic Framework for Food Real-Time Visual Monitoring

Jing Wang, Daquan Li, Yingxiang Ye, Yu Qiu, Jiawei Liu, Liang Huang,* Bin Liang,* Banglin Chen*

Advanced Materials

DOI: 10.1002/adma.202008020