CN116399862B - 一种便携式富硒食品快速检测装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种便携式富硒食品快速检测装置与方法，提供的检测装置包括：（1）3D打印装置的集成；所述3D打印装置包括底板、样品区、制备区、比色卡、色差仪支架、锁和盖；制备区包含纳米酶生物活性纸，且固定有Pt‑Co‑N‑C纳米酶；本发明通过刻度齿轮及固定腔的转动分别控制液体流量和种类，且结合纳米酶生物活性纸实现对富硒食品现场快速、便携式定性定量检测，且检测结果准确。
Description
技术领域
本发明属于食品快速检测技术领域，具体涉及一种便携式富硒食品快速检测装置与方法。
背景技术
3D打印技术是一种新型的快速成型技术，以3D数字模型文件为输入，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。 相对于传统的制造加工工艺，3D打印具有设计空间无限、零技能制造、材料无限组合及生产灵活等诸多优势。3D打印技术已广泛应用于医药、医疗保健、环境检测、航空航天、汽车制造等各个领域。
硒对人体健康起着至关重要的作用，食用富硒食品是增加人体硒摄入量的一种有效手段。然而，过量的硒摄入是有毒的。因此，硒含量的测定对于确保富硒食品的生产和消费安全至关重要。而现有硒的检测技术难以摆脱耗时长、成本高、操作复杂等劣势。由此，为克服现有的困难，本发明结合3D打印技术设计了一种便携式富硒食品快速检测装置应用于实际检测。
发明内容
本发明的目的是设计一种便携式富硒食品快速检测装置与方法。
为了实现精准、便携的现场富硒食品快速检测需求，本发明通过卡槽调控制备区和样品区的位置控制反应步骤，从而实现对富硒食品的便携式检测。
本发明第一方面提供一种便携式富硒食品快速检测装置，包括： （1）3D打印装置的集成，所述的3D打印集成包括如下结构：
所述3D打印装置包括底板；
所述底板的上部设有样品区和制备区；样品区和制备区分别设有样品孔和制备孔，且所述的孔上下对应且数目相同；
所述底板和样品区设置有锁扣；样品区和底板通过锁扣结构固定，保障装置的稳定；
所述的底板、样品区和制备区的上部有比色卡、色差仪支架；
在一个具体的试试方式中，所述3D打印装置由聚乙酸材料通过FDM 3D打印机制成；
在一个具体的实施方式中，所述的样品孔和制备孔的数目为2~8个；
在另外一个具体的实施方式中，所述3D打印装置的长、宽、高分别为7~10厘米、3~5厘米、0.8~1.5厘米，总重量为20~40克；
在另外一个具体的实施方式中，所述样品区的加样量为20~30 μL；
在另外一个具体的实施方式中，所述的装置还可选的包括盖，所述的盖为反应提供避光环境，与底板形成立方体将样品区、制备区、比色卡和色差仪支架等组件收纳集成至很小的体积，实现对样品基质中富硒食品的便携式检测。
本发明的第二个方面提供富硒食品检测应用体系，所述的检测体系包括：
1）本发明第一方面所述的富硒食品的检测装置；
2）3,3’,5,5’-四甲基联苯胺TMB、乙二胺四乙酸EDTA、冰醋酸和醋酸钠HAc-NaAc缓冲液、30%H2O2、纳米酶生物活性纸。
在一个具体的实施方式中，所述的纳米酶为Pt-Co-N-C纳米酶；所述的生物活性纸为沃特曼1纸；优选的，所述的纳米酶生物活性纸通过以下方法制备：将所述沃特曼1纸浸泡在具有模拟过氧化物酶活性的Pt-Co-N-C纳米酶溶液中，并于室温干燥，所得；优选的，所述的纳米酶溶液是将Pt-Co-N-C纳米颗粒溶解在99 %的乙醇和1 % 5 %Nafion溶液体系中，浓度为0.05 μM，超声，所得。
本发明的第三个方面是提供一种检测富硒食品中硒含量的方法，所述的方法包括：
1）在样品区加入样品液和EDTA，在制备区加入纳米酶生物活性纸、HAc-NaAc缓冲液、TMB和H2O2；
2）反应15~30分钟后，推动制备区使纳米酶生物活性纸掉入样品区，反应30~50分钟后，插入比色卡进行目视半定量分析；
和/或可插入色差仪支架，固定色差仪，对纳米酶生物活性纸的颜色进行精确分析。
在一个具体的实施方式中，其中步骤1）所述的样品液通过以下方法制备：
称取0.5~5 g的富硒食品样品，其中液体和半固体样品先在加热板上加热，温度为100~120 ℃；然后在锥形瓶中加入3~6mLHNO3和HClO4的混合酸(体积比为4:1)；盖上表面皿，置于210~230 ℃加热板上消化3~5 h;消化结束后，缓慢加入NaOH溶液调整pH至3~4，并用HAc-NaAc缓冲液定容至25~30mL，作为样品液；
在另外一个具体的实施方式中，其中步骤1）中样品液添加量为20~30μL，EDTA的添加量为0.3%~0.4%（w/v）；
在另外一个具体的实施例中，其中步骤1）制备区的操作如下：向制备区的纳米酶生物活性纸上加入15~30 μL HAc-NaAc缓冲液、3~8 μL TMB和3~8 μL H2O2；
在另外一个具体的实施例中，其中步骤2）的具体操作为：盖盖等待20分钟后，推动样品区和制备区使纳米酶生物活性纸掉入样品液；最后，盖盖等待40分钟后观察纸片的颜色变化，通过颜色的深浅即可现场快速检测样品中硒的含量；
可选的，通过色差仪或手机APP对R值进行测定，实现定量检测。
本发明的第四个方面是提供本发明第一个方面所述的检测装置、或第二方面所述的检测体系或是第三方面所述的方法在检测富硒食品中硒含量的应用。
借由上述技术方案，本发明所述的一种便携式富硒食品快速检测装置至少具有下列优点及有益效果：
（1）3D打印装置体积小、质量轻、成本低；
（2）可自由、精准、便携的操控微量流体体积；
（3）基于此装置可构建完善的现场准确、高效及便携的富硒食品检测方法。
附图说明
图1 为便携式富硒食品快速检测装置的示意图和实物图；图1A：示意图；图1B：装置组装前的实物图；图1C：装置组装后的实物图；图1D：装置与色差仪的实物图
图2 为便携式富硒食品快速检测装置操作：图2A：样品制备操作；图2B：比色卡对照检测；图2C：色差仪检测。
图3 为基于便携式富硒食品快速检测装置用于实际检测示意图；图3A：样品检测示意图；图3B：反应原理；图3C：比色卡和色差仪检测示意图。
图4 为基于便携式富硒食品快速检测装置用于实际检测结果；图4A为浓度线性方程；图4B为不同的实物检测结果。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。
实施例1 一种便携式富硒食品快速检测装置设计
1、实验材料
3,3’,5,5’-四甲基联苯胺、乙二胺四乙酸、冰醋酸和醋酸钠由上海麦克林生化科技有限公司提供；30 % H2O2由潍坊康达生物科技有限公司提供；微注射器由上海高鸽工贸有限公司提供；聚乳酸、光敏树脂材料由武汉海山科技有限公司提供。
2、便携式富硒食品快速检测装置的集成
本发明提供的便携式富硒食品快速检测装置主要由三部分集成，（1）包括底板、样品区、制备区和锁扣，样品区和制备区之间卡槽的设计能有效控制样品反应时间一致，减小系统误差；样品中干扰物如铁离子或铜离子的螯合与oxTMB制备同时进行，节约检测时间；样品区和底板通过锁扣结构固定，保障装置的稳定；（2）比色卡、色差仪支架，分别用于直接目视比色和固定色差仪，实现半定量和精准定量分析；（3）盖，为反应提供避光环境，与底板形成立方体将样品区、制备区、比色卡和色差仪支架等组件收纳集成至很小的体积，实现对样品基质中富硒食品的便携式检测（图 1A-图1D）。
3、便携式富硒食品快速检测装置的操作
在样品区加入样品液和EDTA，在制备区加入纳米酶生物活性纸、HAc-NaAc缓冲液、TMB和H2O2（图 2A），反应20分钟后，推动制备区使纸片掉入样品区，反应40分钟后，插入比色卡进行目视半定量分析（图2B），也可插入色差仪支架，固定色差仪，对纳米酶生物活性纸的颜色进行精确分析（图2C）。
实施例2 一种便携式富硒食品快速检测装置的应用
1、富硒食品检测的原理设计
四价硒离子具有一定的还原能力，能将被Pt-Co-N-C纳米酶氧化成蓝色的氧化态TMB（TMBox）还原为无色的还原态TMB（TMBred），而且能导致纳米酶聚集降低催化活性，使得体系蓝色变浅。
2、体系的构建及检测
首先，称取0.5~5 g的富硒食品样品（样品干重约0.5 g），其中液体和半固体样品先在加热板上加热，温度为110 ℃。然后在锥形瓶中加入4 mL HNO3和HClO4的混合酸(4+1，体积比为4：1)。盖上表面皿，置于210~230 ℃加热板上消化3 h。消化结束后，缓慢加入NaOH溶液调整pH至3.6，并用HAc-NaAc缓冲液定容，作为样品液。其次，取25 μL样品液于样品区，添加0.33%EDTA。同时，向制备区的纳米酶生物活性纸上加入20 μL HAc-NaAc缓冲液、5 μLTMB和5 μL H2O2；再次，盖盖等待20分钟后，推动样品区和制备区使纳米酶生物活性纸掉入样品液；最后，盖盖等待40分钟后观察纸片的颜色变化，通过颜色的深浅即可现场快速检测样品中硒的含量（图3A-图3C），颜色越浅即R值越大，硒含量越高（图4A）。最后，通过色差仪或手机APP对R值进行测定，实现定量检测。检测结果与氢化物原子荧光光谱法相当（图4B）。
Claims (8)
1.一种便携式富硒食品快速检测装置，包括： 3D打印装置的集成，所述的3D打印装置的集成包括如下结构：
底板；
在所述底板的上部依次设有样品区（a）和制备区（b）；所述样品区（a）和制备区（b）分别设有样品孔和制备孔，且所述的样品孔和制备孔上下对应且数目相同；
所述底板和样品区（a）设置有锁扣，样品区和底板通过锁扣结构固定，保障装置的稳定；
在所述制备区（b）的上部排列设置比色卡、色差仪支架；
所述的装置还包括盖，所述的盖为反应提供避光环境，与底板形成立方体将样品区、制备区、比色卡和色差仪支架收纳集成，实现对样品基质中富硒食品的便携式检测。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述3D打印装置的集成由聚乙酸材料通过FDM 3D打印机制成。
3.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，所述3D打印装置的集成的长、宽、高分别为7~10厘米、3~5厘米、0.8~1.5厘米，总重量为20~40克。
4.一种富硒食品检测应用体系，所述的检测应用体系包括：
1）权利要求1-3任一项所述的便携式富硒食品快速检测装置；
2）3,3’,5,5’-四甲基联苯胺TMB、乙二胺四乙酸EDTA、冰醋酸和醋酸钠HAc-NaAc缓冲液、30%H2O2、纳米酶生物活性纸。
5.根据权利要求4所述的检测应用体系，所述的纳米酶为Pt-Co-N-C纳米酶；所述的生物活性纸为沃特曼1纸；所述的纳米酶生物活性纸通过以下方法制备：将所述沃特曼1纸浸泡在具有模拟过氧化物酶活性的Pt-Co-N-C纳米酶溶液中，并于室温干燥，所得；所述的纳米酶溶液是将Pt-Co-N-C纳米颗粒溶解在99 %的乙醇和1 % 5 %Nafion溶液体系中，浓度为0.05 μM，超声，所得。
6.一种利用权利要求1-3任一项所述的检测装置或权利要求4-5任一项所述的检测应用体系检测富硒食品中硒含量的方法，所述的方法包括：
1）在样品区加入样品液和EDTA，在制备区加入纳米酶生物活性纸、HAc-NaAc缓冲液、TMB和H2O2；
2）反应15~30分钟后，推动制备区使纳米酶生物活性纸掉入样品区，反应30~50分钟后，插入比色卡进行目视半定量分析；
和/或可插入色差仪支架，固定色差仪，对纳米酶生物活性纸的颜色进行精确分析。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，其中步骤1）所述的样品液通过以下方法制备：
称取0.5~5 g的富硒食品样品，其中液体和半固体样品先在加热板上加热，温度为100~120 ℃；然后在锥形瓶中加入3~6mL HNO3和HClO4的混合酸；盖上表面皿，置于210~230 ℃加热板上消化3~5 h;消化结束后，缓慢加入NaOH溶液调整pH至3~4，并用HAc-NaAc缓冲液定容，作为样品液；样品液添加量为20~30μL，EDTA的添加量为0.3%~0.4%（w/v）；制备区的操作如下：向制备区的纳米酶生物活性纸上加入15~30 μL HAc-NaAc缓冲液、3~8 μL TMB和3~8μL H2O2。
8.根据权利要求7所述的方法，其中步骤2）的具体操作为：盖盖等待15~30分钟后，推动样品区和制备区使纳米酶生物活性纸掉入样品液；最后，盖盖等待30~50分钟后观察纸片的颜色变化，通过颜色的深浅即可现场快速检测样品中硒的含量；可选的，通过色差仪或手机APP对R值进行测定，实现定量检测。
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