基于溴百里酚蓝/红色碳点的双模式指示标签：通过比色/荧光协同信号实现鱼类新鲜度实时视觉监测

《LWT》：Synergistic Indicator Labels Containing Bromothymol Blue/Red Carbon Dots for Visual Real-Time Fish Freshness Sensing via Colorimetric/Fluorescent Dual-Modal Signaling

本研究针对传统鱼类新鲜度检测方法耗时、破坏样本且设备昂贵的问题，开发了一种基于溴百里酚蓝(BTB)和红色碳点(RCDs)的双通道指示标签(CMC-BTB/RCDs)。该标签通过pH响应机制，在日光下颜色从黄褐色变为蓝绿色(ΔE=60.47)，在365 nm紫外下红色荧光减弱而蓝红荧光比(BRF)增至5.64，实现了对鱼类新鲜度的实时、可视化、无损监测，在智能包装领域展现巨大应用潜力。

　　

当我们站在超市的冷鲜柜前挑选鱼类时，如何准确判断其新鲜程度一直是个难题。传统的鱼类新鲜度检测方法包括感官评价、微生物检测和理化测量，但这些方法不仅耗时费力，还需要专业技术人员操作，而且会对样品造成破坏。虽然高光谱成像、机器视觉和电子鼻等先进技术能够实现快速无损检测，但这些设备价格昂贵，普通消费者难以在日常生活中使用。因此，开发一种简单直观、成本低廉的新鲜度监测方法成为食品包装领域的重要研究方向。

鱼类腐败过程中，蛋白质分解会产生挥发性胺类物质，导致包装环境pH值升高。基于这一原理，pH响应型指示标签能够将不可见的pH变化转化为肉眼可辨的颜色信号，让消费者无需仪器就能直观判断鱼类新鲜度。目前常见的指示标签多采用单一信号响应机制，如比色法或荧光法，但这些单一信号容易受到环境干扰，导致检测灵敏度和准确性降低。相比之下，双信号响应平台通过比色和荧光信号的协同效应实现自校准功能，可显著提升检测性能。

近期发表在《LWT》杂志上的一项研究，成功开发出一种具有协同效应的比色-荧光双通道指示标签。研究人员将溴百里酚蓝(BTB)和红色碳点(RCDs)嵌入羧甲基纤维素(CMC)基质中，制备出CMC-BTB/RCDs指示标签。该标签能够在pH5-9和挥发性胺浓度0.05-20 mg/mL范围内产生显著的颜色和荧光响应。在日光下，标签颜色从黄褐色变为蓝绿色；在365纳米紫外光下，其红色荧光逐渐减弱，而蓝/红荧光比值增加至5.64。

研究人员采用了几项关键技术方法开展本研究：通过溶剂热法合成红色碳点(RCDs)，利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)表征材料形貌和结构，通过紫外-可见分光光度计和荧光光谱仪分析光学性能，以氨水模拟挥发性胺进行响应性测试，并选用市售新鲜草鱼进行实际应用验证。

研究结果表明，CMC-BTB/RCDs指示标签具有均匀的表面形貌，BTB和RCDs通过氢键作用与CMC基质有效结合，实现了均匀分散。在光学性能方面，标签表现出良好的光屏障性能，其水接触角增大、水溶性降低，显示出改善的疏水性能。生物降解性测试表明，该标签在土壤中7天内几乎完全降解，具有良好的环境友好性。

在氨气响应性实验中，CMC-BTB/RCDs对0.05-20 mg/mL的氨气浓度表现出灵敏的响应。在日光下，标签颜色随氨气浓度增加从黄褐色经黄绿色、青绿色最终变为深蓝色；在紫外光下，红色荧光强度显著降低。ΔE值和BRF值均与氨气浓度呈良好相关性，且响应速度快，在10秒内即可出现显著变化，5分钟内达到稳定。

机制研究表明，标签的颜色变化源于BTB分子随pH变化发生的构象转变：在酸性环境中BTB以黄色醌式结构存在，而在碱性环境中转变为蓝色醌-酚式结构。荧光变化则源于BTB与RCDs之间的内滤效应(IFE)——随着pH升高，BTB的紫外吸收光谱与RCDs的荧光激发和发射光谱重叠增加，导致RCDs荧光猝灭。

在实际应用测试中，研究人员将CMC-BTB/RCDs标签用于监测25°C和4°C储存条件下的草鱼新鲜度。结果显示，标签的ΔE值和BRF值与鱼样的总挥发性盐基氮(TVB-N)含量具有强相关性。在25°C储存8小时后，标签颜色变为青绿色，红色荧光消失，此时鱼样的TVB-N达到25.5 mg/100g，表明鱼类已不适宜食用。在4°C储存3天后，标签变为肉色，荧光完全猝灭，TVB-N为30.3 mg/100g，表明鱼类已腐败。值得注意的是，在冷藏条件下，标签的荧光信号比颜色信号更能准确反映鱼类新鲜度，这体现了双信号系统的协同优势。

该研究的创新之处在于成功构建了具有协同效应的双通道指示标签，克服了单一信号标签在复杂环境中易受干扰的局限性。CMC基质不仅提高了RCDs和BTB的分散性和稳定性，还增强了标签的储存稳定性。双信号设计使得颜色和荧光信号可以相互校正和验证，提高了监测的准确性和可靠性。此外，该标签原料成本低廉，且可在7天内完全生物降解，具有显著的经济和环保优势。

这项研究为水产食品新鲜度监测提供了新的技术方案，实现了鱼类新鲜度的实时、可视化和无损监测。双信号协同响应机制大大提高了监测的准确性和抗干扰能力，使得该技术在日常家庭、超市等实际场景中具有广阔的应用前景。未来研究可进一步验证该标签在不同鱼种和其他肉类中的适用性，并探索与智能手机结合实现便携式检测设备的可能性，推动智能包装技术的进一步发展。