在健康飲食和疾病預(yù)防領(lǐng)域，總抗氧化能力（TAC）的檢測(cè)具有重要意義。水果和蔬菜富含多種抗氧化物質(zhì)，如抗壞血酸（AA）、花青素、黃酮類(lèi)化合物和類(lèi)胡蘿卜素，這些物質(zhì)能夠降低氧化應(yīng)激，從而減少疾病風(fēng)險(xiǎn)。然而，現(xiàn)有的TAC檢測(cè)方法往往需要昂貴的設(shè)備、復(fù)雜的操作和繁瑣的樣品處理，且耗時(shí)較長(zhǎng)。為了解決這些問(wèn)題，研究人員開(kāi)發(fā)了一種基于金屬-有機(jī)框架（MOF）的仿生酶微機(jī)器人，能夠高效、準(zhǔn)確地檢測(cè)水果和蔬菜的TAC，且無(wú)需添加任何化學(xué)物質(zhì)或物理刺激。

研究背景：TAC檢測(cè)的重要性

總抗氧化能力（TAC）是評(píng)估水果和蔬菜中所有抗氧化物質(zhì)綜合活性的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)的TAC檢測(cè)方法包括高效液相色譜、近紅外光譜、電子順磁共振、紫外光譜等，這些方法雖然有效，但存在設(shè)備昂貴、操作復(fù)雜、樣品處理繁瑣和耗時(shí)等缺點(diǎn)。此外，常用的比色檢測(cè)方法通常需要添加有毒的過(guò)氧化氫（H?O?）或外部光源刺激，這在實(shí)際應(yīng)用中并不理想。因此，開(kāi)發(fā)一種簡(jiǎn)單、高效、綠色的TAC檢測(cè)方法具有重要意義。

MOF基仿生酶微機(jī)器人的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

研究人員首次提出了基于MOF的仿生酶微機(jī)器人（MIL-88A@Fe?O?）的概念，用于高效檢測(cè)水果和蔬菜的TAC。這種微機(jī)器人由具有氧化酶樣活性的MIL-88A和具有優(yōu)異磁性的Fe?O?納米顆粒組成，能夠在無(wú)需外部刺激（如H?O?和光）的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)TAC的高效檢測(cè)。

微機(jī)器人的制備與表征

MIL-88A@Fe?O?微機(jī)器人通過(guò)水熱法制備，將FeCl?·6H?O、富馬酸和Fe?O?納米顆?；旌戏磻?yīng)，形成具有氧化酶樣活性的MIL-88A@Fe?O?微機(jī)器人。掃描電子顯微鏡（SEM）觀察顯示，MIL-88A為均勻的棒狀微粒，而MIL-88A@Fe?O?微機(jī)器人則在表面負(fù)載了Fe?O?顆粒。X射線衍射（XRD）和傅里葉變換紅外光譜（FTIR）進(jìn)一步確認(rèn)了Fe?O?的成功引入和微機(jī)器人的組成。

微機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能

MIL-88A@Fe?O?微機(jī)器人在磁場(chǎng)下表現(xiàn)出優(yōu)異的推進(jìn)性能，其運(yùn)動(dòng)速度與磁場(chǎng)頻率呈正相關(guān)。在5 mT、20 Hz的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)下，微機(jī)器人的平均速度可達(dá)9.5 μm/s。此外，通過(guò)改變磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向，可以精確控制微機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，如“N”形軌跡。這種優(yōu)異的運(yùn)動(dòng)性能有助于加速檢測(cè)過(guò)程，提高檢測(cè)效率。

微機(jī)器人的氧化酶樣活性

MIL-88A@Fe?O?微機(jī)器人展現(xiàn)出強(qiáng)大的氧化酶樣活性，能夠?qū)⑷芙庠谌芤褐械腛?轉(zhuǎn)化為活性氧（ROS），從而氧化3,3′,5,5′-四甲基聯(lián)苯胺（TMB）生成有色產(chǎn)物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，MIL-88A@Fe?O?微機(jī)器人的氧化酶樣活性主要?dú)w因于MIL-88A中的Fe-O簇。通過(guò)電子順磁共振（EPR）光譜進(jìn)一步確認(rèn)了微機(jī)器人在無(wú)光條件下能夠產(chǎn)生O???和1O?。此外，通過(guò)添加不同的清除劑，發(fā)現(xiàn)O???和1O?是微機(jī)器人氧化酶樣活性的主要活性物種。

TAC檢測(cè)性能與實(shí)際應(yīng)用

1、標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立：研究人員以抗壞血酸（AA）為模型抗氧化劑，建立了TAC檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)曲線。隨著AA濃度的增加，溶液的顏色逐漸變淺，652 nm處的吸光度顯著降低。MIL-88A@Fe?O?微機(jī)器人對(duì)AA濃度的線性響應(yīng)范圍為10至50 μM，相關(guān)系數(shù)為0.969，檢測(cè)限為3.76 μM。

2、抗干擾能力測(cè)試：在最優(yōu)反應(yīng)條件下，研究人員測(cè)試了不同干擾離子和分子（如K?、Na?、Mg2?、Ca2?、Ni2?、Cu2?、Mn2?、Fe2?、Fe3?、尿酸、D-谷氨酸、D-組氨酸和D-(+)-葡萄糖）對(duì)檢測(cè)的干擾。結(jié)果表明，AA具有較強(qiáng)的抗氧化能力，而其他干擾物質(zhì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響較小，顯示出微機(jī)器人良好的抗干擾能力。

3、實(shí)際樣品檢測(cè)：研究人員選擇了葡萄和西蘭花作為實(shí)際樣品，檢測(cè)其TAC。通過(guò)將樣品粉碎、超聲處理和離心，得到樣品提取液，然后加入MIL-88A@Fe?O?微機(jī)器人和TMB進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明，葡萄和西蘭花的TAC分別為4.075和3.827 mM AA/L（微機(jī)器人檢測(cè)）以及4.438和3.641 mM AA/L（標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)試劑盒檢測(cè)）。兩種方法的檢測(cè)結(jié)果具有高度一致性（P < 0.001），證明了MIL-88A@Fe?O?微機(jī)器人在實(shí)際樣品檢測(cè)中的可靠性和準(zhǔn)確性。

結(jié)論與展望

本研究開(kāi)發(fā)了一種新型的MOF基仿生酶微機(jī)器人（MIL-88A@Fe?O?），能夠在無(wú)需添加任何化學(xué)物質(zhì)或物理刺激的情況下，高效、準(zhǔn)確地檢測(cè)水果和蔬菜的總抗氧化能力（TAC）。這種微機(jī)器人結(jié)合了MIL-88A的氧化酶樣活性和Fe?O?的優(yōu)異磁性，不僅提高了檢測(cè)效率，還具有低成本、良好的穩(wěn)定性和抗干擾能力。未來(lái)，這種基于MOF的仿生酶微機(jī)器人有望在催化傳感和健康飲食監(jiān)測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為人們提供一種快速、簡(jiǎn)便的TAC檢測(cè)新方法。

參考文獻(xiàn)：https://doi.org/10.1002/smll.202408231

圖1. 基于類(lèi)氧化酶MOF的微型機(jī)器人示意圖，用于在沒(méi)有光和H2O2的情況下有效檢測(cè)真實(shí)水果和蔬菜中的TAC

圖2. 微型機(jī)器人的合成與表征

圖3. 微型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能

圖4. 催化機(jī)理分析

圖 5. 微型機(jī)器人的檢測(cè)性能

來(lái)源：微生物安全與健康網(wǎng)，作者~曹璐璐。