下一代有机纳米酶为农业和食品工业提供安全、经济高效的解决方案

纳米酶是具有酶样催化特性的合成材料，广泛用于生物医学目的，如疾病诊断。然而，无机纳米酶通常有毒、昂贵且生产复杂，使其不适合农业和食品工业

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的一个研究小组开发了一种基于有机材料的纳米酶，这种酶无毒、环保、成本效益高。在两项新的研究中，他们引入了下一代有机纳米酶，并探索了农产品分子检测的使用点平台

“第一代基于有机化合物的（OC）纳米酶有一些小缺点，因此我们的研究小组致力于改进。之前的OC纳米酶需要使用具有可重复官能团的颗粒稳定聚合物，这保证了纳米酶纳米框架的稳定性，但没有达到足够小的粒径，”主要作者Dong Hoon Lee说，他完成了农业与生物工程系（ABE）的博士学位，该系是美国农业、消费者与环境科学学院和格兰杰工程学院的一部分。颗粒合成技术使他们能够将粒径减小到100纳米以下。这种纳米酶类似于物理框架，并模仿靶酶的催化活性

在《食品化学》发表的第一项研究中，研究人员表明，这些有机（OA）纳米酶与比色传感平台相结合，可以成功检测食品中组胺的存在

李说：“我们在菠菜和茄子上使用了这种分析方法，这两种蔬菜是组胺浓度最高的蔬菜之一，我们获得了一个负担得起的分析性能曲线。我们能够证明我们的系统不仅在实验室中工作，而且有潜力作为一种经济高效的食品和农业分子传感系统用于现实世界的应用。”

在《化学工程杂志》发表的另一项研究中，他们进一步完善了新型有机（OM）纳米酶生产工艺，并开发了一个集成的比色使用点平台，可以在没有实验室环境的情况下快速检测农业和生物分子

李说：“传统的检测方法基于实验室分析，但为农业和食品环境配备一个便携式分子传感系统会有所帮助，类似于家庭新冠肺炎检测等护理点系统。”

研究人员首先将该系统应用于检测草甘膦的存在，草甘膦是一种常见的农业除草剂。接下来，他们使用酶级联反应方法检测葡萄糖，这是一种常见的生物分子。在这两种情况下，他们的系统都表现出了相当的分析灵敏度，并且能够在几分钟内获得准确的结果

ABE助理教授、该研究的合著者Mohammed Kamruzzaman说：“要在家完成这项分子传感任务，你需要一个与基于OM纳米酶的比色传感平台集成的智能手机图像处理应用程序。用户可以将食物样本添加到液体溶液中，然后用小型纸微流控条进行检测。”

“如果条带颜色变为绿色，你就会知道发生了催化活性，根据颜色强度，样品可能含有目标分子（在这种情况下，草甘膦或葡萄糖）。然后用户可以用手机拍照，应用程序使用算法将彩色图像转换为目标分子的估计浓度。”

李总结道：“我们的研究表明，基于有机材料的纳米酶具有很强的酶样催化性能，同时为传统无机纳米酶提供了一种可生物降解、可持续的替代品，使其适用于农业、食品安全和其他生物领域。” More information: Dong Hoon Lee et al, Amino acid-based, sustainable organic nanozyme and integrated sensing platform for histamine detection, Food Chemistry (2025). DOI: 10.1016/j.foodchem.2025.142751

Dong Hoon Lee et al, Consolidated sustainable organic nanozyme integrated with Point-Of-Use sensing platform for dual agricultural and biological molecule detection, Chemical Engineering Journal (2025). DOI: 10.1016/j.cej.2025.159560

Journal information: Chemical Engineering Journal , Food Chemistry