量子點技術在食品安全檢測中的應用

■文/王成行

量子點(QDs)又稱半導體納米微晶體，是一種由Ⅱ～Ⅵ族或Ⅲ～Ⅴ族元素組成的納米顆粒，也是近年來發展起來的一種特殊的新型熒光探針，它與傳統的有機染料相比，具有優良、獨特的光譜特性和良好的光化學穩定性，已成功應用于生命科學、分析科學、材料科學、免疫醫學、檢驗檢疫科學等領域，但在食品安全檢測中的應用目前還處于初始階段，本文將對量子點技術在該領域的應用做簡要綜述。

1.農藥殘留檢測

用于農藥殘留檢測的常見酶傳感器有膽堿酯酶傳感器和有機磷水解酶傳感器。2003年美國化學會志報道了Pardon-Yissar課題組制備了乙酰膽堿酯酶標記的CdS納米粒子修飾電極，首次將半導體酶雜化體系光電流生物傳感器用于酶抑制劑的檢測。杜丹等將酶固定在CdTe量子點上，同時在多壁碳納米管的表面沉積金納米顆粒，極大地增強了有機磷水解酶傳感器的選擇性、靈敏度及反應速度，甲基對硫磷的檢出限為1.0μg/L。沈建忠等報道了量子點納米晶體顆粒單克隆抗體結合物檢測牛奶中磺胺甲嘧啶，華中農業大學陳翊平等建立了基于3-巰基丙基磺酸穩定的CdTe量子點的熒光鏈霉親和素共軛用于飲用水中毒死蜱的檢測，該方法的檢測限是3.8-28.5ng/mL。劉正清等以谷胱甘肽(GSH)做為穩定劑，在水相中合成了高熒光的ZnSe量子點，發現農藥敵磺鈉能顯著猝滅ZnSe量子點的熒光，建立了對自來水中殘留農藥敵磺鈉的高靈敏檢測新方法。Vamvakaki小組利用酶反應產物巰基膽堿或H2O2可以淬滅CdTe量子點熒光原理，使用層層自組裝技術構建CdTe-膽堿氧化酶及乙酰膽堿酯酶的傳感器, 對蔬菜和水果中常用的有機磷和氨基甲酸酯殺蟲劑進行了檢測，其檢出限可達到皮摩爾。李玉玲等將MIPs（分子印跡聚合物）固定在SiO2納米球包覆的CdSe量子點上，此復合材料對氯氟氰菊酯具有很高的選擇性和靈敏度。

2.獸藥殘留檢測

陳雪嵐等基于競爭性熒光酶聯免疫吸附法快速檢測雞肉中恩諾沙星殘留，丁雙陽等利用量子點標記二抗，間接競爭熒光免疫吸附法檢測雞肉中磺胺二甲嘧啶，檢測限為1.0ng/L，結果與HPLC檢測結果接近。劉明明等研制出一種新型的基于硫化鎘量子點熒光強度淬滅測定磺胺嘧啶的方法，檢測限為8.0μmol/L，Vinayaka等建立了基于CdTe量子點的免疫熒光法，用于檢測除草劑2，4-D（2，4-二氯苯氧乙酸）。安徽師范大學朱昌青小組等研制出一種使用兩種類型的傳感器（量子點和酶）同時用于檢測牛奶中多個不同結構分子新的免疫測定法，該方法基于熒光酶聯免疫吸附技術，使用量子點QD605和QD655作為探針和酶聯免疫吸附試驗，并使用辣根過氧化物酶標記的二抗。熒光酶聯免疫吸附法是由抗-磺酰胺和喹諾酮抗廣譜特異性的單克隆抗體制成，同時檢測6種磺胺類及11種喹諾酮類藥物。

3.金屬離子測定

桂林理工大學侯明教授合成CdTe量子點并用于水樣中V5+的測定，安徽師范大學付捷等研制出CdS納米材料選擇性熒光探針用于Hg2+檢測，Hg2+濃度在4.5-550nmol/

L 范圍內，熒光強度成線性降低。該作者還建立了CdSe/ZnS作為熒光探針，通過Zn2+與Pb2+陽離子交換導致熒光淬滅實現對水中Pb2+的測定方法。吳東平等制備了量子點標記的DNA酶納米傳感器，測定重金屬離子Pb2+、Cu2+的檢出限分別為0.2、0.5mmol/L。王柯敏等用水相合成了CdTe量子點，并以該量子點為熒光探針，基于熒光猝滅法對Cu2+離子進行了定量檢測，并具體解釋了量子點熒光猝滅原理，是由于價帶電子激發到導帶以后被表面結合的Cu2+離子捕獲而產生的結果，并利用光解實驗進一步驗證了這一機理。南開大學嚴秀平課題組建立了基于谷胱甘肽-CdTe量子點熒光淬滅動力學基礎上的用于鑒別Fe2+和Fe3+的方法，以及GSH-CdTe量子點芬頓混合動力系統高選擇性測定水樣中微量Fe2+含量。龐代文課題組用牛血清白蛋白(BSA)修飾CdSe／ZnS核殼型量子點，用于Cu2+及中藥飲片樣品中Cu2+測定。安慶師范學院陳友存教授等用L-半胱氨酸修飾的CdS量子點作為熒光探針，首次系統、定量地研究了水溶液中的5種重金屬和過渡金屬離子(Ag+、Cu2+、Hg2+、Co2+和Ni2+)。實驗發現Ag+使量子點的熒光發射增強，但發射峰位沒有變化，而其他幾種金屬離子使量子點發生熒光猝滅，且Hg2+和Cu2+使量子點在猝滅過程中，發射譜帶明顯紅移。

4.致病微生物檢測

食源性致病菌引起的食源性疾病是引起食品安全的最大隱患之一，目前已有基于量子點熒光標記檢測食品中致病微生物的研究報道。巰基化的CdSe核殼型量子點能夠共價鍵和革蘭氏陽性細菌中大量的麥胚凝集素，美國羅格斯大學的Kuo Yu-Ching等建造了抗體共軛的CdTe量子點用于檢測大腸桿菌0157：H7和李斯特菌。Tully E.S等利用量子點標記抗體，建立了熒光免疫法快速檢測單增李斯特菌表面結合的蛋白內化素A和內化素B，以此方法檢測單增李斯特菌。華中農業大學王洪江等通過免疫磁性分離結合量子點熒光標記技術快速、靈敏檢測培養液中單增李斯特菌，能檢測純培養液中濃度達2～3CFU/ml的單增李斯特菌。上海師范大學沈鶴柏等通過交聯特定抗體的量子點與細菌進行特異性結合，從而識別并檢測細菌，可檢測的細菌包括沙門氏菌、大腸桿菌、單增李斯特細菌、副溶血弧菌、金黃色葡萄糖菌等。薛秀恒等利用水溶性量子點作為熒光標記對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌進行快速檢測，檢測細菌濃度的范圍為102～107CFU/ml。武漢大學何治柯小組等制備了雙色量子點免疫分析法同時測定人類腸病毒71型(EV71)和柯薩奇病毒(CVB3)，該方法對EV71、CVB3的檢測限分別為0.42、0.39ng/mL。Krauss團隊用鏈霉親和素涂層的CdSe/ZnS量子點在磷酸鹽緩沖溶液中檢測食品中個別致病性大腸桿菌0157：H7。

5.毒素檢測

美國Goldman研究小組使用一種重組蛋白作為QDs和抗體的偶聯物生物素，通過靜電作用完成對抗體的標記，應用該方法成功檢測了葡萄球菌B型腸毒素的含量。李圓圓等建立了基于CdTe量子點標記二抗的間接競爭熒光免疫吸附測定方法檢測花生中黃曲霉毒素B1，靈敏度和最低檢測限值分別為0.023ng/m L和0.001ng/mL。楊淑金等分別采用巰基乙酸和谷胱甘肽作穩定劑, 水相合成CdTe量子點, 再包覆CdS 制備核殼型CdTe/CdS量子點。以碳二亞胺/N-羥基琥珀酰亞胺作交聯劑將CdTe/CdS量子點標記到嘔吐毒素抗體上, 然后用牛血清蛋白封閉抗體, 建立了一種新的嘔吐毒素熒光免疫檢測方法，已成功應用于小麥面粉樣品中痕量嘔吐毒素的測定。江南大學李響等成功合成CdTe發光量子點，以黃曲霉毒素B1(AFB1)、赭曲霉毒素A(OTA)作為模式分析物，將OTA適配子與Fe3O4磁性納米粒子結合，CdTe發光量子點標記于OTA適配子互補短鏈上，結合熒光分析、適配子識別技術與磁分離富集技術，建立一種OTA的高特異性和靈敏性新型檢測技術。

6.展望

隨著量子點制備技術的不斷完善，量子點熒光探針在食品安全檢測方面取得了一定的進展，量子點熒光探針多色標記技術有望得到有效解決，并實現多種食品污染物的同時檢測。但量子點技術還存在一些問題，如易于團聚、生物相容性差、本身的細胞毒性，需要尋找合適的殼層結構和優化制備工藝來解決。