FSHW | 基于硼酸亲和试剂修饰CuO纳米粒子的鸡蛋过敏原三信号比色/电化学检测

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Introduction

鸡蛋是最常见的引起过敏反应的食物。鸡蛋过敏是由鸡蛋中过敏蛋白的浓度引起的，包括卵清蛋白（OVA）、卵黏蛋白（OM）、鸡蛋转铁蛋白（OVT）和溶菌酶（LYZ）。其中，分子量为28 kDa的糖蛋白OM被认为是优势变应原蛋白（Gal d1），受到越来越多的关注。OM占蛋清中蛋白质的10%~15%，由于乙二醇与水的广泛氢键，因此非常热稳定和消化稳定，这导致使用正常方法（如热或酶处理）难以完全降低或消除免疫原性/过敏原。因此，从医学和食品安全的角度来看，OM的检测对于过敏原识别和过敏诊断是重要的。

为了检测OM，已经开发了各种方法，包括酶联免疫吸附测定（ELISA）、实时聚合酶链反应（RT-PCR）、侧流免疫测定（LFIA）和生物芯片。然而，这些方法显示出需要专业人员、操作复杂、成本高、灵敏度低和检测效率低的缺点。因此，有必要开发一种简单、快速、超灵敏的OM检测方法。由于硼酸亲和材料试剂（BAM）可以与顺式二醇结合，形成五元或六元环，对糖蛋白的识别和检测有重要作用。OM是一种糖蛋白，含糖量高达40%，糖链上有许多顺式二醇结构。因此，可以根据硼酸和顺式二醇的特异性结合特性来检测OM。

图1 用于OM检测的电化学和比色三模式生物传感器的图示

基于此，云南大学化学科学与工程学院硕士生陈春兰，云南大学化学科学与工程学院李灿鹏教授等针对OM检测方法中的不足，以OM为研究对象，利用氧化铜纳米颗粒/3-氨基苯硼酸复合材料(CuO@3-APBA)的纳米酶活性（POD酶活及类漆酶活性）及电化学性质，成功制备电化学-比色三模式OM的生物传感器(Fig.1)，实现对OM的准确检测。

Results and discussion

CuO@3-APBA纳米复合材料的电化学性质

作为简单且廉价的纳米复合材料，CuO@3-APBA在循环伏安（CV）曲线中显示出强的还原峰，表明CuO@3-APBA可直接用作电化学生物传感器中的信号探针，而不需要加入传统的电信号分子如亚甲基蓝(MB)等。在此基础上，为验证OM检测的电化学生物传感器制备的可行性，采用CV和电化学阻抗谱（EIS）对修饰电极材料的电化学性能进行了评价， CV结果与EIS测量的结果非常一致（图5E-F），进一步表明电极是一步一步成功组装的，CuO@3-APBA可用于构建电化学生物传感器检测OM。

图5 材料酶活性测试（A）POD活性和（B）漆酶活性。（C、D）酶活性检测的机制。（C）荧光光谱和（D）EPR光谱。不同材料修饰电极的EIS （E）和CV (F)测量。

CuO@3-APBA纳米复合材料的类过氧化物酶和类漆酶活性

漆酶是一种含有4 种铜离子的多酚氧化酶，属于铜蓝氧化酶，可以氧化多酚物质 。CuO@3-APBA作为含铜纳米复合材料，也具有类漆酶的活性。为测量CuO@3-APBA的类漆酶活性，CuO@3-APBA催化2,4-二氯苯酚(2，4-DP)氧化，随后与4-氨基安替比林(4-AP)氧化形成粉红色溶液，并在510 nm处有明显的吸收峰（图5B）。同时，作为一种过渡金属氧化物，CuO@3-APBA可以催化H2O2氧化TMB，在652 nm处出现明显的吸收峰（图5A）。通过测定米氏常数(Km)和最大速率值(Vmax) （表S1）进一步测定了CuO@3-APBA的类漆酶和类过氧化物催化性能，与天然漆酶和辣根过氧化物酶相比，CuO@3-APBA具有较低的Km值和较高的Vmax值，表明CuO@3-APBA具有较好的类漆酶和类过氧化物活性，可用于比色生物传感器检测OM。

电化学-比色三模式检测OM

在最佳实验条件下，利用所构建的电化学-比色生物传感器用于检测OM，在电化学生物传感器中，响应电流值随OM浓度的增加而增加（图6E-F）；同时，在类过氧化物酶比色生物传感器中，吸光度值随OM浓度的增加而增加（图6A-B），溶液的颜色逐渐变为蓝色，可以通过肉眼观察溶液的颜色深度来识别OM；在类漆酶比色生物传感器中，吸光度值随OM浓度的增加而增加（图6C-D），溶液的颜色逐渐变为粉红色，可以通过肉眼观察溶液的颜色深度来识别OM。同样重要的是，作者的检测比以前报道的检测方法具有更低的LOD，由于本文检测的LOD超低，它可能适用于检测低OM样品。本工作建立的检测方法对OM的检测效果良好，有望用于复杂基质中OM的实际检测。

Fig. 6 （A，C）不同浓度OM在0.1 mol/L PBS中的吸光度曲线和（B，D）范围内的标准曲线。（E，F）不同浓度下OM的DPVMxene@Au/抗体/牛血清白蛋白/OM/CuO@3-APBA/0.1 mol/L乙酸缓冲液（pH 4.5）中的GCE。脉冲宽度0.05 s；振幅0.05 V。

Conclusion

基于CuO纳米粒子中的Cu与3-氨基苯硼酸（3-APBA）上的氨基配位制备了CuO@3-APBA纳米复合材料（CuO@3-APBA），并基于CuO@3-APBA优异的催化活性开发了一种用于OM的三信号光学/电化学生物传感器。CuO@3-APBA，3-APBA在碱性条件下可以与OM（糖蛋白）糖链上的二醇结构反应。然后，基于CuO@3-APBA纳米酶的催化活性，建立了OM的三信号超灵敏生物传感平台。传感器LOD最低，量程宽，抗干扰性好，稳定性好，重复性好。该传感器应用于实际样品中OM的测定，回收率良好。该测定的这些优点使得检测食物中的微量鸡蛋过敏成为可能。然而，需要更多的工作，特别是探针稳定性（长期稳定性和各种储存条件下的稳定性）的评估。

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作者简介

第一作者

陈春兰，分析化学硕士，主要研究方面是以分析化学、材料化学和生物学科为基础的纳米酶生物传感器的制备与应用，目前以一作发表SCI论文1 篇，共同第一作者发表SCI论文1 篇，参与发表3 篇SCI论文。

通信作者

李灿鹏，博士、教授，云南大学化学科学与工程学院博士生导师，主要从事分析化学、材料化学和食品及生物安全检测方面的研究工作。在国际刊物上发表60多篇SCI论文，总影响因子超过200。论文被引用1 180 次，H-指数为23。同时，在国家级出版社出版了3 部教材，其中主编2 部，副主编1 部。获得7 项中国发明专利。主持3 项国家自然科学基金，1 项国家科技支撑计划项目子课题，1 项云南省自然科学基金重点项目,和多项省级项目和横向项目。现为云南省中青年学术与技术带头人、昆明市中青年学术带头人、云南大学东陆学者、云南大学第三批青年英才培育对象、云南大学青年骨干教师。成功开发了新冠病毒、诺如病毒等的超敏电化学传感器。

赵卉，博士，研究员，云南生物资源保护与利用国家重点实验室硕士生导师，主要从事疾病分子机制研究和疾病相关生物标志物的检测。以第一作者或通信作者身份发表SCI论文43 篇，累计影响因子超过140；主持科研项目11 项，其中主持国家自然科学基金项目4 项；作为主要参与人参与了包括科技部“973”、国家自然科学基金委-云南省政府联合资助项目等重大项目。入选云南省中青年学术和技术带头人、昆明市中青年学术和技术带头人、云南大学“青年英才培育计划”等人才培养项目。2020年1月，研发迄今唯一利用电化学生物传感器开展新冠病毒的检测技术，已申报国家发明专利（受理号：202010108629.3）

Tri-signal colorimetric/electrochemical detection of egg allergen based on boric acid affinity reagent modified CuO nanoparticles

Chunlan Chena, Fengqi Zhoua, Hongmin Zhua, Ding Maa, Yufan Huangb, Jing Lib, Linjiang Guoa, Lin Xiaoa, Guobao Ninga, Xiaokang Lua, Bilian Lia, Hui Zhaob,*, Canpeng Lia,*

aSchool of Chemical Science and Technology, Yunnan University, Kunming 650091, China

bLaboratory for Conservation and Utilization of Bio-resource, Yunnan University, Kunming 650091, China

*Corresponding authors.

Abstract

A tri-signal ultrasensitive colorimetric/electrochemical detection of ovomucoid (OM) was developed. Herein, copper oxide nanoparticles (CuO NPs) were prepared, which exhibit excellent enzyme-like activity (peroxidase-like and laccase-like) and electrochemical activity. CuO@3-APBA nanoparticles (CuO@3-APBA NPs) were prepared by the coordinating Cu with the amino group on 3-aminophenobenic boric acid (3-APBA) in CuO NPs. 3-APBA of CuO@3-APBA can react with diol structure on sugar chain of OM under alkaline conditions. Then, a tri-signal ultrasensitive biosensing platform for OM was established based on the catalytic activity of CuO@3-APBA nanozyme. For the first signal, CuO@3-APBA can catalyze oxidation of 1,3,5-trimethylbenzene (TMB) to turn the solution from colorless to blue in the presence of H2O2 (absorbance at 652 nm). For the second signal, CuO@3-APBA can catalyze the oxidation of substrates (2, 4-dichlorophenol and 4-aminoantipyrine) and turn the solution from colorless to pink (absorbance at 510 nm). For the third signal, electrochemical oxidation peak of copper ion from Cu+ to Cu2+ of CuO@3-APBA was recorded by differential pulse voltammetry, which was used to determine the OM. The sensing platform exhibited a wide linear range (0.000 031 6–100.000 000 ng/mL) with a low detection limit (0.010 5 pg/mL), as well as showed advantages, such as satisfactory reproducibility, good stability, and excellent selectivity. The assay has the potential applications for ultrasensitive detection of allergen in foods.

Reference:

CHEN C L, ZHOU F Q, ZHU H M, et al. Tri-signal colorimetric/electrochemical detection of egg allergen based on boric acid affinity reagent modified CuO nanoparticles[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(6): 9250330. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250330.

本文编译内容由作者提供

编辑：王佳红；责任编辑：孙勇

封面图片：图虫创意

为系统提升我国食品营养与安全的科技创新策源能力，加速科技成果向现实生产力转化，推动食品产业向绿色化、智能化、高端化转型升级，由北京食品科学研究院、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，合肥工业大学、安徽农业大学、安徽省食品行业协会、安徽大学、合肥大学、合肥师范学院、北京工商大学、中国科技大学附属第一医院临床营养科、安徽粮食工程职业学院、皖西学院、滁州学院、蚌埠学院共同主办的“ 第六届食品科学与人类健康国际研讨会 ”，将于 2026年8月15-16日（8月14日全天报到） 在 中国 安徽 合肥 召开。

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