任文潔,黃志兵,許 楊,李燕萍,涂 追,蘇保偉,季艷偉(南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室,南昌大學中德聯合院,江西南昌330047)
伏馬菌素B1膠體金免疫層析快速檢測試紙條的研制
任文潔,黃志兵*,許楊,李燕萍,涂追,蘇保偉,季艷偉
(南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室,南昌大學中德聯合院,江西南昌330047)
目的:為制備一種快速檢測玉米中伏馬菌素B1(FB1)膠體金免疫層析試紙條。方法:采用碳化二亞胺法合成檢測抗原FB1-BSA,檸檬酸三鈉還原法制備膠體金溶液,辛酸-飽和硫酸銨法對抗FB1單克隆抗體腹水進行純化,將金標抗體噴于金標墊,檢測抗原FB1-BSA(T線)和羊抗鼠二抗(C線)噴涂于硝酸纖維素膜(NC膜)。結果:得到的單克隆抗體效價為1.28×105。該試紙條的NC膜噴涂的檢測抗原濃度為200 μg/mL,羊抗鼠二抗濃度為1.0 mg/mL,噴涂量分別為0.74 μL/cm,試紙條靈敏度為20 ng/mL,檢測時間只需5 min,試紙條于4℃至少可保存12個月。結論:采用制備的試紙條對玉米實際樣品進行檢測,檢測結果與高效液相和酶聯免疫吸附法檢測結果相一致,說明該試紙條適合現場快速檢測伏馬菌素B1。
快速檢測,膠體金免疫層析,伏馬菌素B1,玉米
真菌毒素污染一直是全球食品安全領域研究的熱點之一[1]。伏馬菌素(Fumonisins,FBs)是一類主要由串珠鐮刀菌產生的水溶性毒素,大多存在于玉米及其制品中。當前有28種不同的伏馬菌素被報道,其中伏馬菌素B1是FBs中毒性最強的主要組分,占總量的70%~80%[2]。研究表明,FB1的主要毒性有神經毒性、致癌性、致突變性等,能誘發人類多種疾病[3],1993年國際癌癥研究中心(IARC)將FB1列為2B類致癌物質[4]。瑞士制定了食品中伏馬菌素的限量標準為1 mg/kg;2014年7月國際食品法典委員會(CAC)將玉米當中伏馬菌素的限量定為4 mg/kg;我國尚未制定食品中伏馬菌素的限量標準。目前,FB1的檢測方法主要包括儀器檢測方法[5]和酶聯免疫吸附(ELISA)檢測方法[6],這些檢測方法不適合現場快速檢測。膠體金免疫層析法具有簡便、快速、無需特殊設備等優點[7-8],現已被廣泛應用于醫學和食品安全等領域的現場快速檢測[9]。
目前,已有采用較多膠體金免疫層析試紙條快速檢測FB1的報道[10-15],有的文獻雖然報道的檢測FB1試紙條的靈敏度為5 ng/mL,然而,當FB1濃度達到20 ng/mL時,試紙條的檢測線(T線)的顏色尚未完全消失,且未對試紙條的各主要參數進行優化,試紙條的穩定性也未涉及[10]。本文旨在制備出快速檢測FB1的膠體金免疫層析試紙條,并對影響試紙條性能的各主要參數進行優化,可以實現產業化,對于食品中FB1污染的快速篩查和防控具有重要意義。
1.1材料與儀器
玉米樣品購自本地市場并保存于實驗室;FB1等真菌毒素標準品、牛血清白蛋白(BSA)、氯金酸(HAuCl4·3H2O)、檸檬酸三鈉、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺(EDCA)美國Sigma公司;抗FB1單克隆抗體由本實驗制備;甲醇(色譜純)、硫酸銨等分析純,國藥集團化學試劑有限公司;硝酸纖維素膜(Vivid 170,Sartorius CN140,Millipore135,Vivid 90,Sartorius CN 95,whatman prima 40,whatman AE99)和羊抗鼠IgG二抗上海杰一生物技術有限公司;PriboFast?FB1酶聯免疫檢測試劑盒新加坡Pribolab公司。
Ultrospec-4300紫外可見光分光光度儀瑞典Pharmacia公司;Multiskan FC酶聯免疫檢測儀、Multfuge X1R低溫高速離心機美國Thermo公司;超純水制備儀美國Millipore公司;XYZ 3000平臺系統及試紙條切刀美國Biodot公司;H-600透射電鏡日本Hitachi公司;MA磁力攪拌加熱器德國Electromantle公司;Waters 510高效液相色譜儀和2475型熒光檢測器美國Waters公司。
1.2實驗方法
1.2.1檢測抗原(FB1-BSA)的合成和單克隆抗體(McAb)純化采用碳化二亞胺法合成檢測抗原[16]。取1 mg FB1標品和4 mg BSA分別溶于1 mL的1×PBS,兩者混勻后加入溶度為20 mg/mL新配制的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺(EDCA)水溶液0.2 mL,在25℃的水平搖床上反應2 h(反應過程中補加0.2 mL 20 mg/mL的新配制的EDCA水溶液),靜置20 min后,在4℃冰箱中1×PBS(0.1mol/L磷酸鹽緩沖液)透析72 h,測其濃度,分裝于-20℃凍存。抗FB1單克隆抗體按照文獻[17]方法由本實驗室制備,并采用辛酸-飽和硫酸銨法對單克隆抗體進行純化[16]。經超濾除去鹽離子后的檢測抗原(FB1-BSA),用基質輔助激光解吸電離飛行時間質譜(MALDI-TOF-MS)進行分析,對其偶聯比進行測定。采用間接酶聯免疫(ELISA)方法對單克隆抗體進行評估,并確定最佳包被抗原濃度和抗體工作稀釋度。
1.2.2膠體金溶液和金標抗體的制備采用檸檬酸三鈉還原法制備膠體金[10],并采用透射電鏡(TEM)測定膠體金顆粒大小及分散情況,同時計算膠體金顆粒的平均直徑。采用pH梯度實驗法確定最適pH和蛋白梯度實驗法確定最適抗體量[18],然后制備金標抗體。磁力攪拌下,用1%碳酸鉀將膠體金溶液調整為最適pH,將用超純水稀釋100倍的FB1單克隆抗體逐滴加入膠體金溶液,繼續攪拌30 min。然后加入原體積10%的BSA(10%,w/v),繼續攪拌15 min。將已經標記好的膠體金10000 g、4℃離心30 min,吸取上清,將沉淀的金標抗體用金子稀釋液(含10%蔗糖、1.0% BSA、0.1%PEG-2000、2.5%海藻糖及0.02%疊氮鈉的0.01 moL/L pH 7.4的PBS)復溶4℃保存。
1.2.3膠體金探針合成的最適pH和最適抗體量的確定采用pH梯度實驗法。取8個5 mL的三角瓶,分別加入3 mL的膠體金溶液,依次加入10、12、14、16、18、20、24、28 μL的碳酸鉀溶液,每個瓶子加入2 μg的單克隆抗體進行標記、離心。測膠體金探針制備所得的上清的OD值,與參比(只采用超純水將相同量的單克隆抗體稀釋相同倍數,該抗體未與膠體金標記)相比較,得最適pH。采用蛋白梯度實驗法。取8個5 mL的三角瓶,分別加入3 mL的膠體金溶液、20 μL的碳酸鉀溶液,依次加入0.8、1、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0、2.2 μg的單克隆抗體,進行標記、離心。測膠體金探針制備所得的上清的OD值,與參比(只采用超純水將相同量的單克隆抗體稀釋相同倍數,該抗體未與膠體金標記)相比較,得最適抗體量。
1.2.4硝酸纖維素膜(NC膜)的選擇選擇Vivid 170,Sartorius CN140,Millipore135,Vivid 90,Sartorius CN 95,whatman prima 40,whatman AE99,共七種不同的NC膜。將各種NC膜分別組成試紙條,然后進行空白樣品的測定,觀察各膜上檢測線及質控線的顏色強度和溶液在NC膜上的遷移速度,最終確定最適NC膜。
1.2.5FB1-BSA與金標抗體量的確定檢測線上FB1-BSA的量設定為200、300、400 μg/mL共3組,每組中膠體金墊上金標抗體的量分別為10、12和14 μL/cm。根據檢測線的形態、檢測線顏色強度等確定最適的檢測抗原與金標抗體的量。
1.2.6試紙條的組裝及檢測原理將濃度為200 μg/mL檢測抗原(T線)和濃度為1.0 mg/mL羊抗鼠二抗(C線)按照0.74 μL/cm的量噴涂于硝酸纖維素膜(NC膜)、噴有金標抗體探針(14 μL/cm)的膠體金墊、樣品墊和吸水墊一次黏貼到PVC底板上,切成試紙條。
試紙條檢測原理概述為:當樣品中FB1濃度小于1 mg/mL時,FB1先與金標抗體結合,多余的金標抗體也會與T線上的檢測抗原結合,故T線和C線均顯紅色,結果為陰性,采用“-”表示;當樣品中FB1濃度大于等于1 mg/mL時,FB1先與金標抗體完全結合,此時沒有剩余的金標抗體,T線上的檢測抗原不能與金標抗體結合,故T線不顯紅色,C線顯紅色,結果為陽性,采用“+”表示。
1.2.7試紙條的靈敏度、特異性和穩定性(n=3) FB1標準品用PBS梯度稀釋成0、5、10、20、30、50 ng/mL,取100 μL滴于樣品墊上,5 min左右觀察結果。使檢測線顏色完全消失的標準品濃度則可認為是該試紙條使用時最容易、最準確的判定濃度。將脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(DON)、玉米赤霉烯酮(ZEN)、赭曲霉毒素(OTA)和黃曲霉素B1(AFB1)四種真菌毒素分別配制為濃度為5、50 ng/mL,然后采用制備好地試紙條,分別測定上述兩個濃度下的各種真菌毒素的顯色情況,判斷試紙條的特異性。將組裝好的試紙條真空封裝,置于4℃保存,每隔3個月檢測一次,每組2條,分別為0、20 ng/mL標準品濃度,判斷試紙條的穩定性。
1.2.8三種方法檢測谷物中FB1的比較實驗分別用高效液相色譜法、ELISA法和試紙條三種方法對玉米樣品中的伏馬菌素(B1)進行測量,每個樣品測定3次,對其結果進行比較。高效液相色譜法按文獻[16]進行樣品處理和測定,取1 g的玉米樣品,加入5 mL甲醇-水(3∶1),振蕩15 min,4000 g離心10 min,取2.5 mL上清液過強陰離子交換柱(SAX-SPE柱)后,鄰苯二甲醛(OPA)衍生1 min,取20 μL進樣測定;ELISA法按商品化的PriboFast?FB1ELISA試劑盒說明書進行操作,取20 g玉米樣品,加入100 mL 70%的甲醇,振蕩5 min,3000×g離心5 min,取上清液50 μL,加入700 μL樣品稀釋液稀釋,取100 μL上樣測定;試紙條的樣品處理和測定,取1 g的玉米樣品,加入5 mL 1×PBS,振蕩15 min,4000×g離心10 min,取上清液1 mL,稀釋10倍,取100 μL滴于樣品墊上進行檢測。

圖1 FB1-BSA(A)和BSA(B)的MALDI-TOF-MS圖譜Fig.1 MALDI-TOF-MS spectrum of FB1-BSA(A)and BSA(B)
2.1純化后抗體效價的測定
伏馬菌素屬于半抗原物質,FB1分子量約為721[17],必須先將半抗原和大分子物質結合后,才具有免疫原性。由圖1 MALDI-TOF-MS儀器分析圖可知,FB1-BSA的Mw為72845,BSA的Mw為67035,偶聯比約為(72845-67035)/721≈8。根據分子量的改變并結合紫外可見光譜掃描的方法確定FB1與BSA偶聯成功。腹水抗體中成分復雜,非特異性抗體的雜蛋白較多,其中的雜蛋白等成分可能會在檢測時影響單克隆抗體特異性、敏感度和生物活性,因此對腹水抗體進行純化是必要的。使用EPOCH微孔板分光光度計直接測定抗體的蛋白濃度,純化后單抗蛋白含量為1.25 mg/mL。間接非競爭ELISA方法測定FB1抗體效價為1∶128000(見表1)。

表1 間接非競爭ELISA實驗結果Table 1 The detection results of indirect ELISA
2.2膠體金溶液的制備及鑒定
采用檸檬酸三鈉還原法制備膠體金溶液如圖2(A)所示,所得膠體金溶液呈紅色,澄清均勻,4℃存放7個月無明顯變化,說明所得膠體金溶液比較穩定;膠體金溶液的紫外掃描電鏡結果見圖2(B),顯示膠體金紫外最大吸收峰為525 nm,峰面積比較小,說明膠體金溶液的粒徑分布比較均勻;膠體金顆粒電鏡觀察結果見圖2(C),照片顯示膠體金顆粒分布比較均勻,無異形顆粒。統計圖片中膠體金顆粒的直徑,絕膠體金顆粒的粒徑在20~30 nm之間,平均粒徑約25 nm。

圖2 膠體金溶液的制備及鑒定Fig.2 Preparation and identification of gold colloid solution
2.3金標探針的鑒定
標記后的膠體金探針溶液如圖3(A)所示,其顏色為紅色,澄清透亮,其電鏡照片見圖3(B),可見其顆粒分布較均勻,顆粒周圍有明顯的蛋白暈環,說明標記效果較好。

圖3 金標探針的鑒定Fig.3 Identification of gold nanoparticle-McAb probe
2.4膠體金探針合成的最適pH
膠體金溶液的pH和單克隆抗體的投入量是制備膠體金探針的關鍵,它們不僅影響膠體金探針的穩定性,對試紙條的靈敏度和穩定性也有很大的影響。圖4結果顯示,當加入1%碳酸鉀的量在12.5~20 μL的范圍內,上清中的抗體量比較少,表示標記成功,測膠體金溶液的pH為6.5,且當碳酸鉀的量為20 μL時,制備的膠體金探針更穩定,故選擇加入1%碳酸鉀的量為20 μL。

圖4 膠體金探針合成的最適pHFig.4 Optimum pH of gold nanoparticle-McAb probe
2.5膠體金探針合成的最適抗體量
膠體金溶液的單克隆抗體的投入量也是制備膠體金探針的關鍵。圖5顯示,當FB1單克隆的量大于1 μg時,上清中的抗體量趨于穩定,為了保證探針的靈敏度,故選取1 μg為最低穩定蛋白量,通常還要在最低穩定蛋白量的基礎上再增加20%為制備膠體金探針的合適量[19],因此選擇1.2 μg/mL為最適抗體量。

圖5 膠體金探針合成的最適抗體量的確定Fig.5 Optimum quantity of McAb of gold nanoparticle-McAb probe
2.6NC膜的選擇
檢測線(T)和控制線(C)均劃在NC膜上,免疫反應在此反應,因此NC膜也是試紙條表征的關鍵因素之一。圖6顯示了不同NC膜上檢測線和質控線的情況,由圖6可知Sartorius CN 140和Sartorius CN 95膜上檢測線和質控線的形態和顏色最好,Sartorius CN 140膜的線更集中些,故選擇Sartorius CN 140膜為本實驗最適的NC膜。

圖6 不同NC膜制備的試紙條的比較Fig.6 Comparing of different NC membranes in ICG
2.7檢測抗原(FB1-BSA)與金標抗體量的確定
從圖7中可以看出,質控線(C線)的形態均良好,且顏色強度適中。比較檢測線(T線),隨著檢測抗原和金標抗體的量增大,檢測線的顏色逐漸增強,但考慮小分子物質試紙條檢測的競爭性原理,為提高檢測的靈敏度,故選擇了檢測抗原相對較少的200 μg/mL、金標抗體14 μL/cm的組合為最適組合。

圖7 檢測抗原與金標抗體量的確定Fig.7 Confirming the quantity of FB1-OVAand McAb of gold nanoparticle-McAb probe
2.8膠體金試紙條的靈敏度
FB1標準品溶液濃度分別為0、5、10、20、30、50 ng/mL,平行測定3次。其試紙條檢測靈敏度的結果如圖8所示。隨著FB1濃度的增加,檢測線的顏色強度逐漸變弱,當FB1濃度大于20 ng/mL時,肉眼可見檢測線顏色完全消失,呈陽性。因此,確定該試紙條檢測靈敏度為20 ng/mL。

圖8 膠體金免疫層析快速檢測試紙條的靈敏度Fig.8 The sensitivity of the ICG
2.9膠體金試紙條的穩定性
每組試紙條測試3次,間隔3個月。從圖9可以看出,3~12月之間,試紙條處于穩定的狀態,試紙條檢測線和控制線顏色和靈敏度無明顯變化,背景清晰;因此,確定該試紙條可在4℃,密閉的條件貯存12個月。

圖9 膠體金免疫層析快速檢測試紙條的穩定性Fig.9 Stability of gold colloid test strip
2.10膠體金試紙條的特異性
采用制備好地試紙條,將測定液中分別只含DON、ZEN、OTA、AFB1和FB1平行測定3次,由圖10可以看出,4種真菌毒素在兩個不同濃度下,均顯示兩條明顯的紅線,說明這四種真菌毒素和金標記的FB1抗體不與NC膜上的檢測抗原發生競爭反應,說明該單抗與其他真菌毒素無交叉反應。而FB1在低濃度或高濃度下,T線顯色明顯有區別,說明該試紙條對FB1具有較高的特異性。

圖10 膠體金試紙條的交叉反應Fig.10 Cross reactivity of the test strip with other toxins
2.11實際樣品的測定

圖11 實際玉米樣品的檢測Fig.11 Detection of fumonisin B1with immunochromatographic strip maize samples

表2 三種檢測方法檢測實際玉米樣品的比較(n=3)Table 2 Comparison of the three detection methods to detect the FB1in corn samples(n=3)
由圖11和表2可知,試紙條的檢測結果和高效液相、ELISA的檢測結果一致,在實際樣品的檢測中可以先采用試紙條對樣品進行大規模的初步篩查,確定陽性樣品,然后采用HPLC等方法對相關樣品進行定量分析,既能節約檢測時間,還可以節約檢測成本,故說明該試紙條具有較好的實用性。
本實驗將標記好的金標抗體按照14 μL/cm噴于金標墊上,200 μg/mL的檢測抗原FB1-BSA(T線)和1.0 mg/mL的羊抗鼠二抗(C線)按照0.74 μL/cm噴涂于硝酸纖維素膜(NC膜),然后組裝成試紙條,該試紙條檢出限為20 ng/mL,檢測時間只需5 min,試紙條穩定性可達12個月無需專業人員和儀器,可直接目測其結果,特別適合現場快速檢測。
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Development of an immunochromatographic test strip for the rapid detection of fumonisin B1
REN Wen-jie,HUANG Zhi-bing*,XU Yang,LI Yan-ping,TU Zhui,SU Bao-wei,JI Yan-wei
(State Key Laboratory of Food Science and Technology,Sino-Germany Joint Research Institute,Nanchang University,Nanchang 330047,China)
Objective:An immunochromatographic test strip(ICG)had been developed for rapid detection of fumonisin B1residues in maize samples.Methods:For this purpose,FB1coupled to bovine serum albumin(BSA)via the modified EDCA method was prepared as capture antigen.The colloidal gold was prepared by the reduction of tetrachloroauric(III)acid trihydrate with citric acid trisodium salt.Results:Using an antibody purified by the ammonium sulfate precipitation,and a titer of the antibody was about 1.28×105by ELISA.The ICG was composed of NC membrane,sample pad,probe pad(colloidal gold-monoclonal antibody probes for FB1and absorbent pad.Moreover,the sensitivity,specificity and stability of the ICG were also detected.A total of 0.74 μL/cm of FB1-BSA(200 μg/mL)and the goat anti-mouse IgG antibody(1.0 mg/mL)were sprayed onto the NC membrane as the test(T line)and control lines(C line),respectively.The sensitivity of the test strip was 20 ng/mL.The test could be accomplished within 5 min.The stability of the ICG was about 12 months at 4℃. Conclusion:Analysis of FB1in maize samples revealed that data obtained from the ICG were in good agreement with those obtained from HPLC and ELISA.The results demonstrated that the ICG could be used as qualitative tool for rapid screening of FB1on-site.
rapid detection;immunochromatographic strip test;fumonisin B1;maize
TS201.1
A
1002-0306(2015)24-0058-06
10.13386/j.issn1002-0306.2015.24.003
2015-03-20
任文潔(1989-),女,在讀碩士研究生,研究方向:真菌毒素的檢測,E-mail:renwenjie0818@qq.com。
黃志兵(1975-),男,博士,研究方向:食品安全快速檢測,E-mail:hzbchem@163.com。
江西省高等學校科技落地計劃(KJLD12052);江西省科技廳項目(20121BBG70059);國家自然科學基金項目(31160308)。