赵文潇1，翟飞1，杨海龙1，邴欣2*，贾敏1*
（1.山东师范大学生命科学学院，山东济南250014；2.山东省产品质量检验研究院，山东济南250012）
摘要：纳米酶作为一种酶模拟物具有成本低，稳定性好，灵敏度高等优势，可代替传统酶构建纳米酶生物传感器，操作的简便性使其成为传统检测方法的良好补充工具。该文首先简述纳米酶生物传感器的检测原理，其次概述近年来纳米酶在食品质量与安全检测中的应用实例，最后对其在该领域的应用进行总结与展望。
关键词：纳米酶；生物传感器；比色法；荧光；电化学
纳米酶是一种兼具纳米材料性能与催化活性的模拟酶材料。具有过氧化物酶活性的纳米酶比较常见，如Fe3O4最早被发现具有类辣根过氧化物酶（horseradishperoxidase，HRP）活性[1]，而后，具有其它催化活性的纳米酶陆续被发现，诸如氧化物酶模拟酶、过氧化氢酶模拟酶、超氧化物歧化酶模拟酶、葡萄糖氧化酶模拟酶等。纳米酶具有高效的催化活性，与天然酶相比，对底物亲和力更强，Km值更低[2]。纳米酶不仅催化类型多样，种类也十分丰富，包括金属纳米酶、金属氧化物纳米酶、碳基纳米酶、复合纳米材料、金属有机框架（metal-organicframeworks，MOFs）和共价有机框架（covalentorganicframeworks，COFs）等，越来越多成本低、稳定性优良和功能多样的纳米酶被开发。
纳米酶生物传感器是利用纳米酶构建的一种具有生物识别能力与催化能力的传感器。由于纳米酶具有可调整的酶学活性与丰富的种类，因此可根据不同的检测需要选择适宜的纳米酶，构建多样化的纳米酶生物传感器。本文简述了基于纳米酶的生物传感器检测原理及其在食品质量与安全检测中的应用，旨在更好地利用纳米酶材料，为进一步优化现有的纳米酶生物传感器性能及开发新型传感器提供理论依据。
纳米酶具有催化特性和纳米材料特征，可以应用于各种生物分子和化学物质的检测。纳米酶生物传感器，以纳米酶为基础元件，通过巧妙利用纳米酶优良的催化活性，产生和放大信号，进而实现对待测物的检测。基于纳米酶的催化特性，纳米酶可以作为信号标签，或利用待测物与纳米酶的相互作用或其对纳米酶催化体系的调控作用实现对待测物的灵敏检测。另外，纳米酶还可以在反应体系中单独使用，作为信号放大器实现输出信号的进一步放大。纳米酶除了具有催化特性外，其独特的纳米材料特征，如超顺磁性，光学特性等，与催化活性一起应用于传感器的构建，可实现传感器性能的进一步优化。
纳米酶在最初被发现时，就被用于替代天然酶，作为信号标签构建生物传感器[1]，是纳米酶最简单的应用方式。典型的例子是基于纳米酶的ELISA方法与侧向流免疫测定（lateralflowimmunoassay，LFIA）技术。
已有多种具有不同催化活性的纳米酶用于ELISA检测中。传统ELISA常以具有过氧化物酶活性的HRP作为信号标签，在H2O2存在时可催化氧化3，3'，5，5'-四甲基联苯胺（3，3'，5，5'-tetramethylbenzidine，TMB）产生有色信号。但天然酶HRP的成本较高，并且在复杂的检测环境中稳定性不佳。具有类过氧化物酶活性的纳米酶代替HRP作为信号标签时，稳定性更强，灵敏度更高[3]，有的灵敏度甚至可以高出商业化ELISA3个数量级[4]。另外，除传统的具有过氧化物酶活性外，越来越多具有不同酶活性质的纳米酶被开发，为生物传感器的设计和构建提供更多的可能。例如，利用具有类氧化物酶活性的纳米酶作为信号标签，可在无H2O2条件下完成检测，使检测过程更加便捷[5]。
传统LFIA试纸条常以金纳米颗粒（goldnanoparticles，AuNPs）为信号标签，其检测速度快，但需要大量AuNPs聚集才可获得可见信号，其灵敏度有待进一步提高。纳米酶的高催化活性可有效改善灵敏度较低这一问题，如利用Co3O4纳米酶作为信号标签，可以实现对3-氨基-2-恶唑酮（3-amino-2-oxazolidinone，AOZ）的高灵敏度检测，比基于AuNPs的LFIA试纸条检测限提高了至少3倍[6]。免疫磁珠酶催化技术用于H7N9流感病毒检测时，其灵敏度比传统LFIA试纸条的灵敏度高1～2个数量级[7]。
1.2.1纳米酶催化底物影响信号输出
在纳米酶生物传感器中，底物的性质及浓度将会影响纳米酶催化反应的信号输出，合理地利用待测物与纳米酶催化底物之间的关系，可以构建良好的传感平台。首先，当待测物直接作为底物参与纳米酶的催化过程时，输出信号可与待测物建立直接的联系。过氧化物模拟酶与天然HRP一样，可催化H2O2，将无色显色剂底物（如TMB）氧化为有色产物，因此可通过比色法实现对H2O2的检测。如Li等[8]制备了具有优良类过氧化物酶活性的Pt/EMT纳米复合材料，通过比色法能够精确地检测H2O2，检出限低至1.1μmol/L。其次，若待测物可与底物反应，消耗底物浓度，则会降低最终输出信号。例如谷胱甘肽（glutathione，GSH）具有还原H2O2的性质，GSH加入量与H2O2的量成反比，进而可实现GSH的含量测定[9]。
纳米酶与天然酶可以协同完成对待测物的检测过程。纳米酶与天然酶的协同性主要表现在两方面：第一，纳米酶的特殊形貌特征可为天然酶提供更多附着位点，同时稳定其催化性能。如将MoS2纳米片与HRP联用，MoS2纳米片既有过氧化物酶催化活性又具有片层结构，不仅为天然酶HRP固定化提供了许多位点，也保证了后者在电极表面的高电化学活性，该材料的稳定性使其可在某些恶劣的环境中完成对H2O2的检测[10]。第二，纳米酶不同于天然酶，虽然其稳定性好，但其底物范围较窄，酶学特性不似天然酶丰富，若将纳米酶与合适的天然酶联用，可将二者优点结合，扩大待测物的检测范围，实现级联检测。如将VS2纳米薄片与葡萄糖氧化酶联用，利用葡萄糖氧化酶催化葡萄糖生成葡萄醛酸和H2O2，利用VS2的过氧化物酶活性测定生成的H2O2，从而实现溶液中葡萄糖浓度的检测[11]。另外，还可与乙酰胆碱酯酶和胆碱氧化酶进行偶联，实现对乙酰胆碱和胆碱的检测[12]。
1.2.2纳米酶催化产物影响信号输出
待测物可通过影响产物的浓度或性质，进而影响信号输出。首先，待测物可以消耗反应产物减少其浓度，从而降低检测信号。Jia等[13]利用抗氧化剂可消耗反应中间产物·OH的特点，利用Co3O4纳米颗粒实现天然抗氧化剂（抗坏血酸、鞣酸、没食子酸）的检测。其次，待测物亦可影响产物的性质从而影响信号输出，例如Fe3O4纳米酶在温和条件下催化多巴胺，产生的荧光聚多巴胺可在480nm光激发下产生荧光，当Zn2+存在时，所产生的聚多巴胺可以在360nm处发射出强烈的荧光，以此可构建灵敏的荧光传感器用于检测Zn2+[14]。
1.2.3基于待测物与纳米酶的相互作用
纳米酶的表面及其结构特性对其酶活性有重要的影响。因此，可以通过待测物对纳米酶表面特性或结构特性的影响，改变其催化活性，实现对待测物的检测。纳米酶的催化位点常存在于纳米酶的表面，因此待测物与纳米酶表面或表面吸附物相互作用时可影响纳米酶的酶活。研究者利用小分子[15-18]、离子[19-22]及适配体[23-25]等物质可改变纳米酶表面特性的原理，探究待测物浓度与纳米酶催化活性大小之间的关系，构建生物传感器，对待测物进行测定。例如，二氧化硅纳米粒子表面负载Pt纳米粒子后具有优异的类过氧化物酶活性，Hg2+能特异性抑制该硅基纳米酶的催化能力，降低TMB反应的颜色变化，因此该纳米酶可以实现对Hg2+的检测[21]。
纳米酶结构改变也可对其催化性质造成影响，待测物对纳米酶结构的破坏，将会降低纳米酶的催化活性。如As3+可以诱导具有氧化模拟酶活性的二硫苏糖醇修饰的Pd纳米颗粒重组装而抑制其催化活性。当As3+存在时，可以更强地螯合二硫苏糖醇中的巯基，导致该纳米酶重组装。由于重组纳米酶的类氧化酶活性大大降低，因此TMB反应受到抑制，基于此原理，可以构建比色法测定As3+[26]。另外，在酸性条件下，微量GSH可以分解MnO2纳米片使其类氧化酶活性降低，TMB显色反应降低，因此可对GSH进行识别与检测[27]。
部分纳米酶除了催化作用以外还具有其他功能，如磁性、可产生荧光及具有等离子体效应等特性，这些功能可使检测过程更加便捷。
1.4.1超顺磁性
超顺磁性纳米酶的优势是可进行磁驱动，使样品具有磁富集性，只需磁铁便可以快速分离和富集样品待测物成分，通过催化完成检测过程，提高检测的灵敏度[30]。同时，超顺磁性使得纳米酶在检测完成后便于回收[31]，并且在多次循环后其催化性能几乎保持不变[32]。如血红素-Fe3O4@聚吡咯纳米不仅具有强过氧化物酶活性，可实现对GSH比色检测，还具有易分离的可控性，能在反应结束后通过磁选去除纳米酶终止反应，消除残留催化的影响[33]。
1.4.2荧光
部分纳米酶的荧光性质，使得纳米酶生物传感平台具有了荧光传感能力。一般通过低浓度镧系掺杂剂添加到主体晶格中，构建荧光纳米结构[34-36]。PA-Tb-CuMOFs由发光Tb3+、催化Cu2+和间苯二甲酸（mphthalicacid，PA）作为桥接配体组成，是一种既具催化功能又能发射荧光的双功能纳米酶。当抗坏血酸存在时，PA-Tb-CuMOF纳米酶可以催化H2O2生成H2O，同时纳米酶中的Tb与抗坏血酸的O原子配位后，该物质可在310nm激发光下发出荧光，因此可以通过荧光实现对H2O2的实时监测[34]。
1.4.3表面增强拉曼散射（surface-enhancedramanscattering，SERS）效应
SERS是纳米等离子体效应的一种，部分纳米酶独特的纳米尺寸使其具有该效应。因此，开发基于纳米酶的无标记SERS的生物传感器，可以灵敏地实现对待测物的检测过程[37-38]。例如，Au@AgNPs不仅具有类似过氧化物酶和类似葡萄糖氧化酶的双重活性，还是超灵敏的SERS底物。当该纳米酶催化葡萄糖和水产生葡萄糖酸和过氧化氢，过氧化氢氧化TMB形成蓝色的氧化产物时，在1188、1330、1605cm-1处SRES信号显著增强，可用于分析待测物中葡萄糖含量[38]。
鉴于纳米酶优良的特性，其在食品、环境及疾病诊断等领域应用越来越广阔。在食品检测方面，研究者基于上述纳米酶的检测原理，针对食品的外源污染物和内源性营养成分，开发出多种分析检测方法。近年来，纳米酶生物传感器的研究蓬勃发展，越来越多的具有高灵敏度、强特异性的纳米酶传感器应用于食品质量与安全检测领域。
农业的健康发展离不开农药，农药在病虫害防治，提高农产品产量及质量等方面具有重要意义。但许多农药难以降解或其降解产物仍具有较强毒性，因此，滥用农药可导致土壤、水源和空气等环境污染及食品污染，并可通过食物链的富集作用最终进入人体，威胁人类健康。针对农药残留的危害，联合国粮农组织/世界卫生组织（FoodandAgricultureOrganizationoftheUnitedNations/WorldHealthOrganization，FAO/WHO）等国际组织和各个国家均制定了严格的标准。研究者也开发出一系列快速、灵敏、准确的农药残留检测方法，其中许多基于纳米酶的检测方法表现出良好的应用效果。
借助纳米酶作为信号标签，可实现农药的超灵敏检测。除了应用于构建传统LFIA纸基试纸条外，还开发出更多新型的纳米酶传感器。Ruan等[39]利用具有过氧化物模拟酶活性的介孔核壳Pd@Pt纳米颗粒标记抗体，采用3D打印技术构建纳米材料增强复合电化学免疫传感系统，可实现阿特拉津和乙草胺两种除草剂的同时检测。在电化学分析中，Pd@Pt纳米颗粒催化乙酸硫堇与H2O2的氧化还原反应，从而提供电化学驱动信号，准确指示除草剂残留水平。该传感器对阿特拉津和乙草胺的检出限可达0.24μg/L和3.2μg/L。
除以上两种检测原理外，一些农药可特异性地抑制纳米酶的催化活性，进而实现对农药的检测。Luo等[42]将具有过氧化物模拟酶活性的多孔Co3O4纳米片吸附在聚酯纤维膜上，制备出一种新型纳米酶比色片，用于草甘膦的快速检测。草甘膦能特异性抑制Co3O4纳米片的催化活性，通过比色片上颜色强度的变化，实现草甘膦的视觉检测。纳米酶比色片具有良好的灵敏度和选择性，仅用肉眼检测，草甘膦的检出限为0.175mg/kg。该方法可在10min内有效检测草甘膦，色斑维持在20min以上，可应用于农产品中草甘膦残留量的大规模初筛中。除可以进行单一农药检测外，通过开发阵列式纳米酶比色传感器可实现对多种农药的检测。利用具有过氧化物模拟酶活性的氮掺杂石墨烯，氮硫共掺杂石墨烯和氧化石墨烯构建的杂原子掺杂石墨烯的纳米酶比色阵列传感器，可实现5种芳香族农药的检测[43]。当不同的农药被吸附在石墨烯上时，纳米酶的活性位点会被不同程度地掩盖，从而导致其催化活性降低。基于这一原理，该阵列传感器可成功地识别5μmol/L～500μmol/L范围内的5种农药（乳芬、氟氧基甲酰基、苄嘧隆、氟美芬和二苯硫脲），为农药检测提供了一种简便、经济的方法。
兽药在预防动物疾病，改善畜产品品质等方面具有非常重要的意义。当前畜牧业中普遍存在兽药用药不当或不遵循休药期的现象，极易造成动物源食品中兽药残留，从而危害公众健康。为实现兽药残留的快速、灵敏、可靠和便携的检测，近年来，一系列基于纳米酶的兽药残留快速检测方法不断涌现，并取得很好的应用效果。
在兽药残留检测中，纳米酶作为信号标签，与抗体等识别材料联合使用，实现兽药残留的检测。Wei等[44]利用Au@Pt纳米酶作为信号标签构建LFIA，实现牛奶中链霉素的特异性检测。该试纸条基于Au@Pt作为视觉标记，其定性检测限为1ng/mL。基于Au@Pt纳米酶活性的定性检测限为0.1ng/mL，而基于AuNPs作为视觉标记的传统LFIA的定性检测限为8ng/mL。利用纳米酶显色反应可极大提高视觉检测的灵敏度，使LFIA检测方法可以更好地应用于现场检测。
一些抗生素等兽药还可直接或间接与纳米酶相互作用从而调节其催化活性。与农药可以抑制纳米酶催化活性不同的是，四环素类抗生素可以与Fe3O4磁性纳米颗粒表面的Fe（II）和Fe（III）等金属离子络合，提高其催化活性，加速催化芬顿反应。该方法对土霉素、四环霉素、强力霉素的检出限分别为26、45nmol/L和48nmol/L[45]。另外，兽药分子可借助与适配体的特异性识别，间接调节纳米酶的催化活性。适配体是一小段经体外筛选得到的寡核苷酸序列，具有电负性，当其吸附到纳米酶表面时，可提高纳米酶与TMB的亲和力，从而提高其催化活性。当兽药分子与适配体特异性结合时，可抑制纳米酶的活性[46]或使适配体脱落[47]，从而降低纳米酶的催化活性。基于该原理，已经实现对牛奶等畜产品中四环素[46]和卡那霉素[47]等抗生素的检测。
纳米酶作为信号放大元件，成功应用于电化学传感器中，实现对兽药残留的检测。Li等[48]借助具有过氧化物模拟酶活性的Co3O4纳米粒子与聚集诱导电化学基团的共价有机骨架材料（covalentorganicframeworkaggregationinducedelectrochemiluminescence，COF-AIECL）结合，构建了电化学发光传感器，进行氯霉素的检测。COF-AI-ECL与Co3O4纳米粒子共同修饰电极表面，Co3O4纳米粒子可催化放大COF-AI-ECL产生的电化学发光信号，成功实现蜂蜜、牛奶和鸡肉样品中氯霉素的检测，其检出限为1.18×10-13mol/L。该方法在食品安全痕量抗生素残留检测中具有一定的应用潜力。
与小分子相比，致病菌菌体或表面抗原的抗体较易获得，因此免疫学方法在致病菌检测中最为常见。利用纳米酶作为信号标签，对抗体进行标记，采用夹心法，可灵敏地检测致病菌。Guo等[49]利用AuNPs标记抗体，通过原位AuNPs生长和纳米酶催化沉积的两步级联信号放大策略，检测大肠杆菌O157∶H7。该方法的检出限可达1.25×101CFU/mL，比传统LFIA试纸条的灵敏度提高400倍，在致病菌检测中具有很大的应用潜力。
除利用抗体标记外，经过修饰后的纳米酶既能作为识别元件识别致病菌，又能进行信号放大。Wang等[50]利用甘露糖修饰普鲁士蓝（man-PB）作为识别元件和信号指示器，检测大肠杆菌O157∶H7。甘露糖可以与细菌鞭毛中的FimH蛋白结合从而捕获致病菌，普鲁士蓝具有过氧化物模拟酶活性，产生比色信号，其检出限可达102CFU/mL。Cu2+修饰的金属有机骨架纳米颗粒（Cu-modifiedmetal-organicframeworknanoparticles，Cu2+-NMOFs）同样具有识别和产生信号的双功能，可以有效地检测细菌脂多糖[51]。Cu2+-NMOFs可被脂多糖的阴离子基团捕获，发挥识别作用；还能催化多巴胺氧化生成氨基铬，产生强烈的电化学氧化信号，发挥信号放大作用。其对细菌脂多糖的检出限为6.1×10-4ng/mL，有望应用于细菌检测中。
致病菌在食品中通常数量较少且分布不均匀，并且食品基质的复杂性为致病菌检测增加难度。因此具有超顺磁性的多功能纳米酶在致病菌检测中有出色的表现。与识别材料偶联后，可利用磁场，特异性将食品基质中少量的致病菌快速且选择性地分离，在致病菌检测中有出色的表现。Co3O4磁性纳米酶与金黄色葡萄球菌特异性融合蛋白pVIII结合得到的Co3O4MNE@fusionpVIII，可以捕获无菌牛奶中金黄色葡萄球菌。利用外磁场磁泳层析法分离后，利用Co3O4磁性纳米酶的过氧化物酶活性进行显色，检出限可达8CFU/mL，可以实现金黄色葡萄球菌的快速灵敏检测[52]。
在食品及农产品生产和储藏过程中，会出现真菌毒素污染问题。全世界每年约有25%的粮食作物受到真菌毒素及其产毒菌污染，导致巨大的粮食损失。真菌毒素通常具有急性毒性、慢性毒性及致癌性，严重威胁人类健康。因此，研究者开发出多种基于纳米酶的真菌检测方法，可实现真菌毒素快速灵敏的检测。
在真菌毒素检测中，纳米酶常作为信号标签，与抗体及适配体等识别元件结合，实现超灵敏检测。与致病菌检测不同，小分子的真菌毒素检测常采用竞争法。Zhu等[53]利用具有类氧化酶活性的Co（OH）2纳米笼标记二抗，建立了一种间接竞争ELISA方法，实现赭曲霉毒素的检测。该方法可以在不加H2O2的情况下氧化TMB，其检出限低至0.26ng/L。基于同样原理，利用具有过氧化物酶活性的金属有机框架结构MOF作为信号标签，实现了黄曲霉毒素B1的检测，检出限为0.009ng/mL[54]。另外，纳米酶还可以标记适配体进行真菌毒素的检测。利用具有类过氧化氢酶活性的介孔SiO2/Au-Pt纳米粒子作为信号标记物，标记适配体进行黄曲霉毒素B1的检测[55]，其检出限为5pg/mL，比传统ELISA法（3ng/mL）低600倍，极大提高了检测的灵敏度。
有害金属通过食物进入人体，可产生急性中毒或慢性中毒。有害金属易产生蓄积，对人体的神经系统、消化系统、心血管系统造成不可逆的伤害，干扰人体正常生理功能，危害人体健康。因此，开发灵敏、准确快速的有害金属检测方法，对保障人类健康具有重要意义。
参考文献：
[1]GAOLZ,ZHUANGJ,NIEL,etal.Intrinsicperoxidase-likeactivityofferromagneticnanoparticles[J].NatureNanotechnology,2007,2(9):577-583.
[2]HOUP,JUP,HAOL,etal.Colorimetricdeterminationofhydrogenperoxidebasedontherobustperoxidase-likeactivitiesofflowerlikeYVO4microstructures[J].ColloidsandSurfacesA:PhysicochemicalandEngineeringAspects,2021,618:126427.
[3]DENGX,FANGYS,LINS,etal.Porphyrin-basedporousorganicframeworksasabiomimeticcatalystforhighlyefficientcolorimetricimmunoassay[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2017,9(4):3514-3523.
[4]LONGL,LIUJB,LUKS,etal.Highlysensitiveandrobustperoxidase-likeactivityofAu-Ptcore/shellnanorod-antigenconjugatesformeaslesvirusdiagnosis[J].JournalofNanobiotechnology,2018,16(1):46.
[5]ASATIA,SANTRAS,KAITTANISC,etal.Oxidase-likeactivityofpolymer-coatedceriumoxidenanoparticles[J].AngewandteChemie(InternationalEdinEnglish),2009,48(13):2308-2312.
[6]SULH,WANGLL,YAOXL,etal.Smallsizenanoparticles—Co3O4basedlateralflowimmunoassaybiosensorforhighlysensitiveandrapiddetectionoffurazolidone[J].Talanta,2020,211:120729.
[7]刘键,王艳丽,赵勇,等.免疫磁珠酶催化新技术在H7N9流感病毒高灵敏检测中的应用[J].转化医学电子杂志,2017,4(4):52-54,60.
LIUJian,WANGYanli,ZHAOYong,etal.ApplicationofanovelimmunoglobulincatalyzedtechniqueinthedetectionofinfluenzaA(H7N9)virus[J].E-JournalofTranslationalMedicine,2017,4(4):52-54,60.
[8]LIXL,YANGX,CHENGXW,etal.HighlydispersedPtnanoparticlesonultrasmallEMTzeolite:Aperoxidase-mimicnanoenzymefordetectionofH2O2orglucose[J].JournalofColloidandInterfaceScience,2020,570:300-311.
[9]董旭,郭华,闾春林,等.基于石墨烯纳米酶效应的谷胱甘肽含量的测定[J].化学通报,2019,82(7):659-662.
DONGXu,GUOHua,LVChunlin,etal.Determinationofglutathionecontentbasedongraphenenanoenzymeeffect[J].Chemistry,2019,82(7):659-662.
[10]ZHANGJ,HAND,WANGYH,etal.SynergybetweennanozymesandnaturalenzymesonthehybridMoS2nanosheets/graphitemicrofiberforenhancedvoltammetricdeterminationofhydrogenperoxide[J].MicrochimicaActa,2020,187(6):321.
[11]HUANGLJ,ZHUWX,ZHANGWT,etal.Layeredvanadium(IV)disulfidenanosheetsasaperoxidase-likenanozymeforcolorimetricdetectionofglucose[J].MicrochimicaActa,2017,185(1):1-8.
[12]GUOJJ,WUS,WANGY,etal.Alabel-freefluorescencebiosensorbasedonabifunctionalMIL-101(Fe)nanozymeforsensitivedetectionofcholineandacetylcholineatnanomolarlevel[J].SensorsandActuatorsB:Chemical,2020,312:128021.
[13]JIAHM,DONGFANGY,HANXN,etal.Peroxidase-likeactivityoftheCo3O4nanoparticlesusedforbiodetectionandevaluationofantioxidantbehavior[J].Nanoscale,2016,8(11):5938-5945.
[14]LIUBW,HANX,LIUJW.Ironoxidenanozymecatalyzedsynthesisoffluorescentpolydopamineforlight-upZn(2+)detection[J].Nanoscale,2016,8(28):13620-13626.
[15]BISWASS,TRIPATHIP,KUMARN,etal.Goldnanorodsasperoxidasemimeticsanditsapplicationforcolorimetricbiosensingofmalathion[J].SensorsandActuatorsB:Chemical,2016,231:584-592.
[16]SINGHS,TRIPATHIP,KUMARN,etal.Colorimetricsensingofmalathionusingpalladium-goldbimetallicnanozyme[J].BiosensorsandBioelectronics,2017,92:280-286.
[18]WULL,QIANZJ,XIEZJ,etal.Colorimetricdetectionofcopperionsbasedonsurfacemodificationofsilver/platinumclusternanozyme[J].ChineseJournalofAnalyticalChemistry,2017,45(4):471-476.
[19]CUIWR,ZHANGCR,JIANGW,etal.Covalentorganicframeworknanosheet-basedultrasensitiveandselectivecolorimetricsensorfortraceHg2+detection[J].ACSSustainableChemistry&Engineering,2019,7(10):9408-9415.
[20]WANGLJ,XUXC,LIUP,etal.Asingle-nanozymecolorimetricarraybasedontarget-induceddifferentialsurfacepassivationforquantificationanddiscriminationofCl-,Br-andI-ions[J].AnalyticaChimicaActa,2021,1160:338451.
[21]XIANGKK,CHENG,NIEA,etal.Silica-basednanoenzymesforrapidandultrasensitivedetectionofmercuryions[J].SensorsandActuatorsB:Chemical,2021,330:129304.
[22]CHENGH,HUIPS,PENGJX,etal.Enzymaticbehaviorregulation-basedcolorimetricandelectrochemiluminescencesensingofphosphateusingthecobaltoxyhydroxidenanosheet[J].AnalyticalChemistry,2021,93(17):6770-6778.
[23]LICN,PENGYT,WANGHD,etal.AnanosolSERSmethodforquantitativeanalysisoftracepotassiumbasedonaptamerrecognitionandsilvernanorodcatalysisofAg(I)-glucosereaction[J].SensorsandActuatorsB:Chemical,2019,281:53-59.
[24]CHENQM,GAOR,JIAL.Enhancementoftheperoxidase-likeactivityofaptamersmodifiedgoldnanoclustersbybacteriaforcolorimetricdetectionofSalmonellatyphimurium[J].Talanta,2021,221:121476.
[25]SUNSM,ZHAOR,FENGSM,etal.ColorimetricZearalenoneassaybasedontheuseofanaptamerandofgoldnanoparticleswithperoxidase-likeactivity[J].MicrochimicaActa,2018,185(12):1-7.
[26]XUXC,WANGLJ,ZOUXB,etal.Highlysensitivecolorimetricdetectionofarsenitebasedonreassembly-inducedoxidase-mimickingactivityinhibitionofdithiothreitol-cappedPdnanozyme[J].SensorsandActuatorsB:Chemical,2019,298:126876.
[27]YANGQS,LIL,ZHAOF,etal.GenerationofMnO2nanozymeinsphericalpolyelectrolytebrushforcolorimetricdetectionofglutathione[J].MaterialsLetters,2019,248:89-92.
[28]TIANFY,ZHOUJ,JIAOBN,etal.Ananozyme-basedcascadecolorimetricaptasensorforamplifieddetectionofochratoxinA[J].Nanoscale,2019,11(19):9547-9555.
[29]MENGW,WENYY,DAIL,etal.AnovelelectrochemicalsensorforglucosedetectionbasedonAg@ZIF-67nanocomposite[J].SensorsandActuatorsB:Chemical,2018,260:852-860.
[30]KIMMS,KWEONSH,CHOS,etal.Pt-decoratedmagneticnanozymesforfacileandsensitivepoint-of-carebioassay[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2017,9(40):35133-35140.
[31]BORUAHPK,DASMR.DualresponsivemagneticFe3O4-TiO2/graphenenanocompositeasanartificialnanozymeforthecolorimetricdetectionandphotodegradationofpesticideinanaqueousmedium[J].JournalofHazardousMaterials,2020,385:121516.
[32]WUTT,MAZY,LIPP,etal.BifunctionalcolorimetricbiosensorsviaregulationofthedualnanoenzymeactivityofcarbonizedFeCo-ZIF[J].SensorsandActuatorsB:Chemical,2019,290:357-363.
[33]YANGW,WENGCY,LIXY,etal.Asensitivecolorimetricsensorbasedonone-potpreparationofh-Fe3O4@ppywithhighperoxidase-likeactivityfordeterminationofglutathioneandH2O2[J].SensorsandActuatorsB:Chemical,2021,338:129844.
[34]QIZW,WANGL,YOUQ,etal.PA-Tb-CuMOFasluminescentnanoenzymeforcatalyticassayofhydrogenperoxide[J].BiosensorsandBioelectronics,2017,96:227-232.
[35]OTHMANA,HAYATA,ANDREESCUS.Eu-dopedceriananocrystalsasnanoenzymefluorescentprobesforbiosensing[J].ACSAppliedNanoMaterials,2018,1(10):5722-5735.
[36]YINSN,TONGCL.Europium(III)-modifiedsilvernanoparticlesasratiometriccolorimetricandfluorescentdual-modeprobesforselectivedetectionofdipicolinicacidinbacterialsporesandlakewaters[J].ACSAppliedNanoMaterials,2021,4(5):5469-5477.
[37]夏学敏,张霞,翁仪瑾,等.基于Co3O4纳米粒子的“串联酶”活性检测葡萄糖的表面增强拉曼光谱策略[J].无机化学学报,2021,37(5):809-816.
XIAXuemin,ZHANGXia,WENGYijin,etal.Surface-enhancedRamanscatteringstrategyforglucosedetectionbasedon“tandemenzyme”activityofCo3O4nanoparticles[J].ChineseJournalofInorganicChemistry,2021,37(5):809-816.
[38]XIAXM,WENGYJ,ZHANGL,etal.AfacileSERSstrategytodetectglucoseutilizingtandemenzymeactivitiesofAu@Agnanoparticles[J].SpectrochimicaActaPartA:MolecularandBiomolecularSpectroscopy,2021,259:119889.
[39]RUANXF,WANGYJ,KWONEY,etal.Nanomaterial-enhanced3D-printedsensorplatformforsimultaneousdetectionofatrazineandacetochlor[J].BiosensorsandBioelectronics,2021,184:113238.
[40]LINN,LIRY,WANGQS,etal.Colorimetricdetectionofchlorpyrifosinpeachbasedoncobalt-graphenenanohybridwithexcellentoxidase-likeactivityandreusability[J].JournalofHazardousMaterials,2021,415:125752.
[41]JINR,WANGFY,LIQY,etal.Constructionofmultienzyme-hydrogelsensorwithsmartphonedetectorforon-sitemonitoringoforganophosphoruspesticide[J].SensorsandActuatorsB:Chemical,2021,327:128922.
[42]LUODQ,HUANGXH,LIUBY,etal.Facilecolorimetricnanozymesheetfortherapiddetectionofglyphosateinagriculturalproductsbasedoninhibitingperoxidase-likecatalyticactivityofporousCo3O4nanoplates[J].JournalofAgriculturalandFoodChemistry,2021,69(11):3537-3547.
[43]ZHUYY,WUJ,HANLJ,etal.Nanozymesensorarraysbasedonheteroatom-dopedgraphenefordetectingpesticides[J].AnalyticalChemistry,2020,92(11):7444-7452.
[44]WEIDL,ZHANGXY,CHENB,etal.UsingbimetallicAu@Ptnanozymesasavisualtagandasanenzymemimicinenhancedsensitivelateral-flowimmunoassays:Applicationforthedetectionofstreptomycin[J].AnalyticaChimicaActa,2020,1126:106-113.
[45]WANGYL,SUNYJ,DAIHC,etal.AcolorimetricbiosensorusingFe3O4nanoparticlesforhighlysensitiveandselectivedetectionoftetracyclines[J].SensorsandActuatorsB:Chemical,2016,236:621-626.
[46]ZHANGZP,TIANY,HUANGPC,etal.Usingtarget-specificaptamerstoenhancetheperoxidase-likeactivityofgoldnanoclustersforcolorimetricdetectionoftetracyclineantibiotics[J].Talanta,2020,208:120342.
[47]TANGY,HUY,ZHOUP,etal.Colorimetricdetectionofkanamycinresidueinfoodsbasedontheaptamer-enhancedperoxidase-mimickingactivityoflayeredWS2nanosheets[J].JournalofAgriculturalandFoodChemistry,2021,69(9):2884-2893.
[48]LISH,MAXH,PANGCH,etal.Novelchloramphenicolsensorbasedonaggregation-inducedelectrochemiluminescenceandnanozymeamplification[J].BiosensorsandBioelectronics,2021,176:112944.
[49]GUORY,XUEL,CAIGZ,etal.Fe-MIL-88NH2metal-organicframeworknanocubesdecoratedwithPtnanoparticlesforthedetectionofSalmonella[J].ACSAppliedNanoMaterials,2021,4(5):5115-5122.
[50]WANGZH,YAOXL,ZHANGYZ,etal.Functionalnanozymemediatedmulti-readoutandlabel-freelateralflowimmunoassayforrapiddetectionofEscherichiacoliO157∶H7[J].FoodChemistry,2020,329:127224.
[51]LIZ,DAIG,LUOFF,etal.AnelectrochemicalsensorforbacteriallipopolysaccharidedetectionbasedondualfunctionalCu2+-modifiedmetal-organicframeworknanoparticles[J].MicrochimicaActa,2020,187(7):1-10.
[52]LIUP,WANGYB,HANL,etal.ColorimetricassayofbacterialpathogensbasedonCo3O4magneticnanozymesconjugatedwithspecificfusionphageproteinsandmagnetophoreticchromatography[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2020,12(8):9090-9097.
[53]ZHUHS,QUANZ,HOUHY,etal.AcolorimetricimmunoassaybasedoncobalthydroxidenanocagesasoxidasemimicsfordetectionofochratoxinA[J].AnalyticaChimicaActa,2020,1132:101-109.
[54]XUZ,LONGLL,CHENYQ,etal.Ananozyme-linkedimmunosorbentassaybasedonmetal-organicframeworks(MOFs)forsensitivedetectionofaflatoxinB1[J].FoodChemistry,2021,338:128039.
[55]WUL,ZHOUM,WANGYS,etal.Nanozymeandaptamer-basedimmunosorbentassayforaflatoxinB1[J].JournalofHazardousMaterials,2020,399:123154.
[56]AMINIR,RAHIMPOURE,JOUYBANA.Anopticalsensingplatformbasedonhexacyanoferrateintercalatedlayereddoublehydroxidenanozymefordeterminationofchromiuminwater[J].AnalyticaChimicaActa,2020,1117:9-17.
[57]ZHAOQ,GOUWX,ZHANGXT,etal.Hg2+-activatedoxidaselikeactivityofAg2S@grapheneoxidenanozymeanditsnaked-eyemonitoringHg2+applicationwithobvioushyperchromiceffect[J].AppliedSurfaceScience,2021,545:148973.
[58]FANGYM,ZHANGY,CAOLG,etal.PortableHg2+nanosensorwithpptlevelsensitivityusingnanozymeastherecognitionunit,enrichmentcarrier,andsignalamplifier[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2020,12(10):11761-11768.
[59]ZOUWY,TANGY,ZENGH,etal.PorousCo3O4nanodisksasrobustperoxidasemimeticsinanultrasensitivecolorimetricsensorfortherapiddetectionofmultipleheavymetalresiduesinenvironmentalwatersamples[J].JournalofHazardousMaterials,2021,417:125994.
ApplicationofNanozyme-basedBiosensorintheAnalysisofFoodQualityandSafety
ZHAOWen-xiao1，ZHAIFei1，YANGHai-long1，BINGXin2*，JIAMin1*（1.CollegeofLifeScience，ShandongNormalUniversity，Jinan250014，Shandong，China；2.ShandongProductQualityInspectionResearchInstitute，Jinan250012，Shandong，China）
Abstract：Nanozymes，asenzymesimulators，offertheadvantagesoflowcost，goodstability，andhighsensitivityandcanreplacetraditionalenzymesforthedevelopmentofananozyme-basedbiosensor.Thesimplicityoftheproceduremakesitagoodcomplementarytooltothetraditionaldetectionmethods.Inthisstudy，thedetectionprincipleofananozymebiosensorhasbeenbrieflyintroduced.Subsequently，examplesoftheapplicationsofnanozymesintheanalysisoffoodqualityandsafetyinrecentyearshavebeensummarized.Finally，futureprospectsofnanozymesappliedintheanalysisoffoodqualityandsafetyhavebeendelineated.
Keywords：nanozyme；biosensor；colorimetry；fluorescence；electrochemistry
DOI：10.12161/j.issn.1005-6521.2021.24.027
基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目（32001802）；国家市场监督管理总局科技计划项目（2019MK044）
作者简介：赵文潇（1999—），女（汉），本科生，研究方向：食品安全快速检测。
*通信作者：邴欣（1977—），男（汉），高级工程师，博士，研究方向：产品质量安全；贾敏（1986—），女（汉），副教授，博士，研究方向：食品安全快速检测。
引文格式：
赵文潇，翟飞，杨海龙，等.纳米酶生物传感器在食品质量与安全检测中的应用[J].食品研究与开发，2021，42（24）：184-192.
ZHAOWenxiao，ZHAIFei，YANGHailong，etal.ApplicationofNanozyme-basedBiosensorintheAnalysisofFoodQualityandSafety[J].FoodResearchandDevelopment，2021，42（24）：184-192.