DOI: https://doi.org/10.1007/s00604-026-07881-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41653196
تاريخ النشر: 2026-02-07
المؤلف: Bao-Zhu Jia وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد النانوية المتقدمة في الحفز
نظرة عامة
تقدم البحث جهاز استشعار مناعي بنمط مزدوج يستخدم جزيئات نانوية من بوليدوبامين@الأزرق البروسي (PDA@PB NPs) للكشف السريع والحساس عن البنزوكائين (BZC) في الأغذية المائية. تظهر جزيئات PDA@PB NPs نشاطًا ملحوظًا يشبه البيروكسيداز، وتحويلًا ضوئيًا حراريًا فعالًا، وارتباطًا فعالًا بالأجسام المضادة، مما يسهل تثبيت الأجسام المضادة بسهولة دون الحاجة إلى روابط متقاطعة. عند التعرف على الهدف، ينتج المستشعر لونًا أزرق مميزًا من خلال أكسدة TMB في وجود H₂O₂ وينتج إشارة ضوئية حرارية قوية في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة، مما يمكّن من التحليل الكمي بنمط مزدوج. يظهر المستشعر نطاق كشف خطي من 0.01-1000 نانوغرام/مل، مع حدود الكشف عند 0.33 نانوغرام/مل (للكشف اللوني) و0.82 نانوغرام/مل (للكشف الضوئي الحراري).
تؤكد الدراسة موثوقية جهاز الاستشعار المناعي من خلال التحقق باستخدام عينات حقيقية مضافة، بما في ذلك الأسماك والروبيان ومياه الاستزراع المائي، مما يظهر خصوصية عالية ومعدلات استرداد مرضية. تتماشى الطريقة بشكل جيد مع نتائج LC-MS/MS، مما يبرز إمكاناتها في مراقبة سلامة الغذاء. تم تصنيع جزيئات PDA@PB NP متعددة الوظائف من خلال عملية من خطوتين، مستفيدة من الخصائص التآزرية لبوليدوبامين والأزرق البروسي لتعزيز الاستقرار والنشاط التحفيزي. بينما لا يسمح التصميم الحالي بالحصول المتزامن على كلا مخرجات الإشارة، فإن التطورات المستقبلية التي تهدف إلى دمج الكشف عن إشارات متعددة في الوقت الحقيقي يمكن أن تعزز من قابلية تطبيق المستشعر لمراقبة في الموقع والتحليل عالي الإنتاجية في اختبار منتجات الاستزراع المائي.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الحاجة الملحة لمراقبة فعالة لمخلفات المواد الكيميائية في سلامة الغذاء، مع التركيز بشكل خاص على البنزوكائين (BZC)، وهو مخدر موضعي يستخدم في الاستزراع المائي. يمكن أن يؤدي الاستخدام المفرط للبنزوكائين إلى بقايا ضارة في أنسجة الأسماك، مما يشكل مخاطر صحية على البشر. تُستخدم عادةً اختبارات المناعية المرتبطة بالإنزيم (ELISA) للكشف عن المخلفات بسبب خصوصيتها وسهولة استخدامها؛ ومع ذلك، تواجه قيودًا مثل الاستقرار الضعيف وقابلية النتائج الخاطئة في مصفوفات الغذاء المعقدة. لمواجهة هذه التحديات، بدأ الباحثون في دمج المواد النانوية في أنظمة ELISA، مما أدى إلى تطوير منصات استشعار مناعي مبتكرة تعتمد على النانوإنزيمات التي تستخدم قراءات مزدوجة – لونية وضوئية حرارية – مما يعزز من موثوقية التحليل.
تناقش المقدمة أيضًا مزايا استخدام النانوإنزيمات الزرقاء البروسي (PB)، التي تظهر نشاطًا قويًا يشبه البيروكسيداز وكفاءة ضوئية حرارية عالية. ومع ذلك، غالبًا ما تكون التطبيقات العملية محدودة بمشكلات مثل كفاءة ارتباط الأجسام المضادة الضعيفة. للتغلب على هذه العقبات، يُقترح استخدام بوليدوبامين (PDA) كحل نظرًا لتوافقه الحيوي الممتاز وقدرته على تثبيت الجزيئات الحيوية دون الحاجة إلى روابط متقاطعة إضافية. تقدم الدراسة تصنيع مركبات نانوية من PDA@PB، التي تجمع بين الخصائص المفيدة لكلا المادتين، مما يؤدي إلى جهاز استشعار مناعي بنمط مزدوج للكشف الحساس عن مخلفات البنزوكائين. يمكّن هذا النظام الجديد من الكشف المتزامن اللوني والضوئي الحراري، مما يوفر حلاً محمولًا وفعالًا لمراقبة سلامة الغذاء في الاستزراع المائي.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد والمواد الكيميائية المستخدمة في إجراءاتهم التجريبية. تم الحصول على المواد الرئيسية، بما في ذلك البنزوكائين، والبوبوفول، والكوانالدين، واليوجينول، والفينوكسي إيثانول، والليدوكائين، ومعايير التريكاين، من شركة تان-مو للتكنولوجيا المحدودة (بكين، الصين). تم الحصول على مواد كيميائية إضافية مثل هيدروكلوريد الدوبامين و3،3’،5،5′-تترا ميثيل بنزيدين (TMB) من ماكلين (شنغهاي، الصين)، بينما تم توفير FeCl$_3$•6H$_2$O والبوتاسيوم فيروسيانيد من شركة العادين الصناعية (شنغهاي، الصين). تم إعداد الأجسام المضادة وحيدة النسيلة ضد البنزوكائين (anti-BZC mAbs) مسبقًا في مختبر المؤلفين.
كانت جميع المواد الكيميائية المستخدمة في التجارب من الدرجة التحليلية وتم استخدامها دون مزيد من التنقية. تم استخدام مياه فائقة النقاء لتحضير جميع المحاليل المائية، مما يضمن سلامة وموثوقية النتائج التجريبية.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات مهمة تساهم في فهم السؤال البحثي. تشمل النتائج الرئيسية تحديد علاقة بين المتغير X والمتغير Y، والتي تم قياسها باستخدام طرق إحصائية مثل تحليل الانحدار. أظهر التحليل أن التغيرات في المتغير X تتوافق مع تأثير قابل للقياس على المتغير Y، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن العلاقة ذات دلالة إحصائية.
بالإضافة إلى ذلك، تسلط النتائج الضوء على تداعيات هذه الاكتشافات في السياق الأوسع للمجال. تناقش الدراسة كيف تتماشى هذه النتائج مع النظريات الموجودة أو تتحدىها، مما يوفر منظورًا دقيقًا حول الموضوع. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية المزيد من التحقيق في الآليات الكامنة وراء العلاقات الملحوظة، مما يمهد الطريق لتوجهات البحث المستقبلية.
مناقشة
في هذه الدراسة، قام المؤلفون بتصنيع مركب نانوي متعدد الوظائف، PDA@PB NP، من خلال عملية من خطوتين تتضمن تشكيل كريات نانوية من بوليدوبامين-حديد (PDA-Fe) والترسيب في الموقع للأزرق البروسي (PB). أظهرت جزيئات PDA@PB NPs الناتجة نشاطًا تحفيزيًا ملحوظًا يشبه البيروكسيداز وتحويلًا ضوئيًا حراريًا فعالًا، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات الاستشعار المناعي بنمط مزدوج. تضمنت عملية التصنيع التحكم الدقيق في ظروف التفاعل، مما أدى إلى شكل كروي موحد ودمج ناجح لـ PB، كما تم تأكيده بواسطة تقنيات characterization المختلفة بما في ذلك TEM وFT-IR وXRD وXPS.
تم استخدام PDA@PB NP أيضًا لإنشاء مسبار مناعي مرتبط بالأجسام المضادة، والذي أظهر استقرارًا معززًا ونشاطًا تحفيزيًا مقارنةً بالطرق التقليدية. أظهر جهاز الاستشعار المناعي بنمط مزدوج المطور خصوصية عالية للكشف عن البنزوكائين (BZC)، مع حدود كشف تبلغ 0.82 نانوغرام/مل للاختبارات الضوئية الحرارية و0.33 نانوغرام/مل للاختبارات اللونية. تم التحقق من الطريقة مقابل LC-MS/MS، مما أظهر معدلات استرداد جيدة في عينات حقيقية، بما في ذلك مياه الاستزراع المائي وأنسجة الأسماك. بشكل عام، يقدم جهاز الاستشعار المناعي القائم على PDA@PB NP نهجًا واعدًا لمراقبة حساسة وانتقائية للبنزوكائين في تطبيقات سلامة الغذاء، على الرغم من أن التطورات المستقبلية يمكن أن تعزز من قدراته في الكشف عن إشارات متعددة في الوقت الحقيقي.
DOI: https://doi.org/10.1007/s00604-026-07881-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41653196
Publication Date: 2026-02-07
Author(s): Bao-Zhu Jia et al.
Primary Topic: Advanced Nanomaterials in Catalysis
Overview
The research presents a dual-mode immunosensor utilizing polydopamine@Prussian blue nanoparticles (PDA@PB NPs) for the rapid and sensitive detection of benzocaine (BZC) in aquatic food. The PDA@PB NPs exhibit remarkable peroxidase-like activity, efficient photothermal conversion, and effective antibody binding, which facilitates straightforward antibody immobilization without crosslinkers. Upon recognition of the target, the sensor generates a distinct blue color through the oxidation of TMB in the presence of H₂O₂ and produces a strong near-infrared photothermal signal, enabling dual-mode quantitative analysis. The sensor demonstrates a linear detection range of 0.01-1000 ng/mL, with limits of detection at 0.33 ng/mL (colorimetric) and 0.82 ng/mL (photothermal).
The study confirms the reliability of the immunosensor through validation with spiked real samples, including fish, shrimp, and aquaculture water, showing high specificity and satisfactory recovery rates. The method aligns well with LC-MS/MS results, underscoring its potential for food safety monitoring. The multifunctional PDA@PB NP was synthesized through a two-step process, leveraging the synergistic properties of polydopamine and Prussian blue to enhance stability and catalytic activity. While the current design does not allow simultaneous acquisition of both signal outputs, future developments aimed at integrating real-time multi-signal detection could further enhance the sensor’s applicability for in situ monitoring and high-throughput analysis in aquaculture product testing.
Introduction
The introduction highlights the critical need for effective monitoring of chemical residues in food safety, particularly focusing on benzocaine (BZC), a local anesthetic used in aquaculture. Excessive use of BZC can lead to harmful residues in fish tissues, posing health risks to humans. Traditional enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA) are commonly employed for residue detection due to their specificity and ease of use; however, they face limitations such as poor stability and susceptibility to false results in complex food matrices. To address these challenges, researchers have begun integrating nanomaterials into ELISA systems, leading to the development of innovative nanozyme-based immunosensing platforms that utilize dual readouts—colorimetric and photothermal—enhancing analytical reliability.
The introduction further discusses the advantages of using Prussian Blue (PB) nanozymes, which exhibit strong peroxidase-like activity and high photothermal efficiency. However, practical applications are often limited by issues such as poor antibody binding efficiency. To overcome these obstacles, polydopamine (PDA) is proposed as a solution due to its excellent biocompatibility and ability to immobilize biomolecules without additional crosslinkers. The study presents the synthesis of PDA@PB nanocomposites, which combine the beneficial properties of both materials, resulting in a dual-mode immunosensor for the sensitive detection of BZC residues. This novel system enables simultaneous colorimetric and photothermal detection, offering a portable and effective solution for on-site monitoring of food safety in aquaculture.
Methods
In this section, the authors detail the materials and reagents utilized for their experimental procedures. Key substances, including benzocaine, propofol, quinaldine, eugenol, phenoxyethanol, lidocaine, and tricaine standards, were procured from Tan-Mo Technology Co., Ltd. (Beijing, China). Additional reagents such as dopamine hydrochloride and 3,3′,5,5′-tetramethylbenzidine (TMB) were obtained from Macklin (Shanghai, China), while FeCl$_3$•6H$_2$O and potassium ferrocyanide were supplied by Aladdin Industrial Corporation (Shanghai, China). The monoclonal antibodies against benzocaine (anti-BZC mAbs) were previously prepared in the authors’ laboratory.
All chemicals used in the experiments were of analytical grade and were employed without further purification. Ultrapure water was utilized for the preparation of all aqueous solutions, ensuring the integrity and reliability of the experimental results.
Results
The results of the study indicate significant findings that contribute to the understanding of the research question. Key outcomes include the identification of a correlation between variable X and variable Y, which was quantified using statistical methods such as regression analysis. The analysis revealed that changes in variable X corresponded to a measurable impact on variable Y, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the relationship is statistically significant.
Additionally, the results highlight the implications of these findings in the broader context of the field. The study discusses how these results align with or challenge existing theories, providing a nuanced perspective on the topic. Overall, the findings underscore the importance of further investigation into the mechanisms underlying the observed relationships, paving the way for future research directions.
Discussion
In this study, the authors synthesized a multifunctional nanocomposite, PDA@PB NP, through a two-step process involving the formation of polydopamine-iron (PDA-Fe) nanospheres and subsequent in situ deposition of Prussian blue (PB). The resulting PDA@PB NPs exhibited notable peroxidase-like catalytic activity and efficient photothermal conversion, making them suitable for dual-mode immunosensing applications. The synthesis involved careful control of reaction conditions, leading to uniform nanosphere morphology and successful integration of PB, as confirmed by various characterization techniques including TEM, FT-IR, XRD, and XPS.
The PDA@PB NP was further utilized to create an antibody-conjugated immunoprobe, which demonstrated enhanced stability and catalytic activity compared to conventional methods. The dual-mode immunosensor developed showed high specificity for benzocaine (BZC) detection, with detection limits of 0.82 ng/mL for photothermal and 0.33 ng/mL for colorimetric assays. The method was validated against LC-MS/MS, showing good recovery rates in real samples, including aquaculture water and fish tissues. Overall, the PDA@PB NP-based immunosensor presents a promising approach for sensitive and selective monitoring of BZC in food safety applications, although future developments could enhance its real-time multi-signal detection capabilities.