熒光納米材料在食品安全免疫檢測中的應用

謝玉　王子雯　沈羽　徐英琴　王楚杰　李周敏

摘 要：納米材料是指在微觀結構中至少有一維處于納米尺寸（0.1～100 nm）或由它們作為基本單元構成的各種固體超細材料。近年來，伴隨著免疫熒光的發展，納米材料借助其優越的物理特性，被越來越廣泛的應用于食品安全檢測等領域。目前，常用的熒光納米材料主要有：納米金、量子點（Quantum Dots，QDs）、高分子熒光納米微球、核殼型熒光納米顆粒和稀土金屬熒光微球等。本文旨在介紹不同種類納米材料的特點及制備方法，并對其在食品安全熒光免疫檢測中的應用作一綜述。

關鍵詞：納米材料;食品安全;熒光免疫檢測

Abstract：Nanomaterials refer to all kinds of solid ultra-fine materials with at least one dimension in nano size （0.1～100 nm） or composed of them as basic units. In recent years， with the rapid development of immunofluorescence， nanomaterials have been widely used in food safety detection and other fields because of their superior physical properties. At present， the commonly used fluorescent nanomaterials include gold nanoparticles， quantum dots （QDs）， polymer fluorescent nanoparticles， core-shell fluorescent nanoparticles and rare earth metal fluorescent microspheres. The purpose of this paper is to introduced the characteristics and preparation methods of different kinds of nanomaterials， and to summarized their application in food safety fluorescent immunoassay.

Key words：Nanometer material（NM）; Food safety; Fluorescenceimmunoassay

中圖分類號：O657.3

熒光免疫檢測技術是以熒光物質標記的特異性抗體或抗原作為檢測試劑，用于相應抗原或抗體的分析鑒定和定量測定，具有專一性強、靈敏度高、實用性好等優點。納米材料的介入為熒光免疫檢測的發展提供了無窮的想象空間，進一步提高了分析方法的性能，這不僅體現在檢測的速度、精度、可靠性上，更實現了多功能化和選擇性檢測[1]。

1 納米材料的制備及其在熒光免疫檢測中的應用

1.1 納米金

納米金也稱膠體金或金溶膠，是金鹽被還原成金原子后形成的金顆粒懸浮水溶液[2]。其直徑大多在

1～40 nm，具有制備簡單、密度高、介電常數大和生物親和性好等特點，能夠與多種生物大分子結合，且不影響其生物活性。

1.1.1 納米金在食品安全熒光免疫檢測中的應用

與傳統檢測方法相比，納米金由于其獨特的優勢，在食品的熒光免疫檢測方面有著更為廣闊的應用潛力。

納米金可用于食源性致病菌的檢測。大腸桿菌O157：H7（Escherichia coliO157：H7）是最常見的食源性致病菌之一，其檢測可利用制備金納米簇（AuNCs）填充的殼聚糖（CS）納米膠囊作為熒光信號放大系統來實現。在AuNCs存在時，通過觸發CS自沉積來制備AuNCs@CS納米膠囊，確保每一個納米膠囊中均封裝了大量的AuNCs[3]。金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，S. aureus）也是一種常見的食源性致病微生物。Cheng[4]等將適配體-磁分離技術和金納米@萬古霉素熒光標記技術聯用，建立了金黃色葡萄球菌的定量檢測方法，檢測限可達70 CFU·mL-1。

1.2 量子點

量子點（quantum dot，QD）又稱人造原子，是一種由半導體材料組成的、直徑常在2～20 nm的納米晶體。常見的量子點由Ⅳ、Ⅱ-Ⅵ，Ⅳ-Ⅵ或Ⅲ-Ⅴ族元素組成，一般為球形或類球形。它具有激發光譜寬且連續分布，而發射光譜窄而對稱，光化學穩定性高，熒光壽命長等熒光特性，是一種理想的熒光探針。

1.2.1 量子點的制備

量子點的制備從宏觀角度可以分為“自上而下”（top-down）和“自下而上”（bottom-up）兩大類[5]，

前者主要是通過對晶體表面進行刻蝕制備，多適用于器件組裝;后者則是采用化學制備的方法，通過控制反應條件來調控量子點的尺寸和形態。就目前研究進展而言，人們多采用“自下而上”的化學方法制備用于生物標記的量子點。

1.2.2 量子點在食品安全熒光免疫檢測中的應用

近年來，隨著量子點相關技術領域研究的不斷深入，量子點在熒光免疫分析中的應用范圍也逐漸拓寬，被國內外越來越多的研究者關注。量子點標記的熒光免疫層析試紙在食源性致病菌的檢測上已有了較深入的研究。

Zou[6]等基于競爭免疫技術成功開發了一種便攜式、快速、靈敏的量子點標記的熒光免疫試紙條，可對血漿中的有機磷農藥代謝產物三氯吡啶進行便捷靈敏的檢測，在15 min內檢測出標準分析物含量為1 ng·mL-1。

Duan H[7]等采用量子點微球免疫層析技術實現了玉米提取物中玉米烯酮毒素的檢測。Zhou[8]等通過量子點熒光微球標記赭曲霉毒素A（ochratoxin A，OTA）單克隆抗體，并建立OTA高靈敏熒光免疫層析檢測方法（FICGA），15 min即可實現對農產品中OTA污染的快速定量檢測。

1.3 二氧化硅復合熒光納米材料

二氧化硅復合熒光納米材料具有明顯的核殼結構，外殼為二氧化硅納米材料，可進行生物修飾，內核材料則可以是納米金、量子點、稀土發光材料與有機熒光染料等，可明顯放大信號[9]。二氧化硅納米材料具有良好的生物相容性、高的化學穩定性、低的生物毒性和表面易功能化等優點，倍受科研人員青睞。

1.3.1 二氧化硅復合熒光納米材料的制備

目前，二氧化硅復合納米材料主要有金屬/SiO2、無機/SiO2、聚合物/SiO2納米復合材料等，且制備方法有所不同。例如，Cu/SiO2納米材料多采用粉末冶金法，NiFe2O4/SiO2、CoFe2O4/SiO2納米材料采用溶膠-凝膠法，聚丙烯/二氧化硅納米復合材料則采用熱乳液溶膠-凝膠法制得等等。

1.3.2 二氧化硅復合熒光納米材料的應用

近年來，不少研究人員通過對SiO2納米材料的改性、優化升級，制備出了多種二氧化硅熒光復合型先進材料—二氧化硅復合熒光納米材料。

Shangguan等利用金黃色葡萄球菌特異性適配體與經過氯丙基功能化的二氧化硅熒光納米顆粒結合，實現了雙向電泳法對金黃色葡萄球菌的檢測，檢測限可低至93 CFU·mL-1。黃曲霉毒素B1（AFB1）的檢測基于介孔二氧化硅納米材料（MSN）的控制釋放系統與AFB1特定適配體的結合，構建一個適配體傳感器（適配體被用作分子識別探針和“門控分子”），通過熒光強度的增強實現AFB1的定量檢測。Song C[10]等采用SiO2包裹Eu（Ⅲ）-BHHCT制備SiO2熒光納米復合材料，建立免疫層析法檢測β-興奮劑，其LOD為0.037 ng·mL-1。趙兵潔等將BHHCT-Eu3+@SiO2與卡那霉素抗體（Kana-ab）通過醛基化葡聚糖交聯，合成了熒光標記抗體Eu3+-Kana-ab，結合定量側向層析讀數儀，建立了牛奶中Kana殘留的快速定量檢測方法，對Kana的檢出限（IC10）為0.85 ng·mL-1。

1.4 高分子熒光納米微球

高分子熒光納米微球是負載有機熒光染料分子的無機納米顆粒或多聚生物大分子包被納米顆粒，以聚苯乙烯、聚丙烯酰胺類等為主體。由于單個納米微粒可以鍵合多個熒光分子，高分子納米微球的熒光強度較強。由于高分子基體具有耐腐蝕、易加工等良好性能，且能夠抑制納米單元的氧化和團聚，在增加體系長效穩定性的同時，充分發揮納米單元的特異性能，尤受廣大研究人員的重視。

1.4.1 高分子熒光納米微球的組成

高分子熒光納米微球是以聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯類、聚丙烯酰胺類為微粒主體，表面鍵合或吸附熒光素（Fluorescein，如FITC等）、羅丹明（Rhodamine，如 Rhodamine 6G）、菁色素（Cy染料）等熒光物質的納米熒光微粒。

1.4.2 在食品安全免疫檢測中的應用

高分子納米微球可保護包裹的熒光染料，避免環境對材料的影響。納米顆粒內部包裹的熒光數量在一定程度上影響其檢測信號與檢測靈敏度。

Liu D[11]等采用高分子熒光納米微球探針建立免疫分析方法，對醬油中黃曲霉毒素B1進行檢測，檢出限可達2.5 μg·L-1。Zhao Y[12]等基于熒光微球免疫層析技術對玉米中的黃曲霉毒素B1進行定量檢測，其回收率在91%～118%。Deng S L[13]等利用聚苯乙烯摻雜的異硫氰酸熒光素作為探針，在20 min內有豬尿樣本中瘦肉精的含量，檢出限為0.01 ng·mL-1即可檢測出。Zhang X[14]等選用羧酸鹽修飾的聚苯乙烯熒光微球作為熒光標記物，在最優條件下，牛奶樣本中AFM1檢測限為4.4 ng·L-1，整個檢測過程可在30 min

內完成。

1.5 稀土金屬熒光微球

稀土材料是一種由鑭系稀土元素或者其摻雜有惰性材料的納米晶體粒子。與傳統的熒光素標記物相比，Eu3+和Tb3+類鰲合標記物具有以下優勢：①激發光譜帶范圍較寬，可以提高激發能。②發射光譜帶范圍窄，能夠提高分辨率。③斯托克斯（Stokes）位移較大，有助于避免其他熒光信號的干擾。④熒光壽命長，可待背景熒光完全衰減后測定，從而消除蛋白質背景熒光的干擾。⑤標記物較穩定。

1.5.1 稀土金屬熒光微球的制備

稀土金屬熒光微球采用液相法制備，形式多樣，操作簡便，易于反應原料的充分混合，且反應可在較低溫度和較溫和的化學環境下進行，被越來越多的研究者關注。常見的液相法有水熱法、微乳液法、溶膠-凝

膠法、燃燒法、電化學法與模板法等。

1.5.2 稀土金屬熒光微球在食品安全熒光免疫檢測中的應用

熒光免疫層析分析方法具有靈敏度高、穩定性好、受自然熒光干擾低等優點，成為食品質量安全快速檢測分析研究的熱點。

史詠梅[15]等建立了一種快速篩查金黃色葡萄球菌的熒光免疫層析檢測方法。以熒光納米顆粒作為示蹤標記物，采用雙抗體夾心法檢測金黃色葡萄球菌A蛋白，制備了稀土離子標記的免疫層析試條，用該試條檢測純菌液和未經培養的糞便、嘔吐物的靈敏度為

7.2×104 CFU·mL-1，經培養的模擬污染食物樣本、糞便樣本的檢測線為7.2×102 CFU·mL-1，反應在15 min內完成。胡佳麗[16]等采用熒光免疫層析法結合現場檢測儀建立牛奶中頭孢氨芐殘留的快速定量檢測方法，其檢測限為0.16 ng·mL-1。其中，以銪為代表的鑭系元素離子由于在特異激發光下可發射熒光，近年來被發展為用于層析試紙條的一種新型熒光標記探針。Zhang W[17]

等以銪離子為標記物，成功檢測出水稻及玉米中T-2 毒素的殘留量;Wang[18]等成功檢測了大豆醬中黃曲霉毒素B1的含量。

2 總結與展望

本文主要綜述了納米金、量子點、二氧化硅復合納米材料、高分子熒光納米微球和稀土金屬熒光微球的特點、制備方法及其在食品安全檢測領域中的應用。

這些納米材料因其納米尺寸和獨特的結構特點，表現出各自不同的物化特性，被應用在多樣的熒光免疫標記中。由于這種標記方式具備特異性高、操作簡單、性價比高以及可用于現場快速診斷等特點，被越來越廣泛地應用于食品安全檢測等領域，包括食源性致病菌的檢測、農藥殘留檢測和重金屬檢測等領域。與此同時，為了更好地提高納米材料檢測的靈敏度、穩定性及其他性能，盡可能發揮其優勢，還需要相關學者從以下方面進行進一步的研究和努力。

①對于部分現有納米材料制備技術不成熟等問題，還需要進行制備工藝優化研究，其收集、存放也是亟待解決的問題。②用于納米材料工業化生產的設備有待進一步研究和改進，以提高微粒的產率，降低成本。③合成納米顆粒的過程機理缺乏深入研究，對控制微粒的形狀、分布、粒度等技術的研究還不夠。

總而言之，熒光納米材料要在免疫檢測領域實現其更加廣泛的應用仍需努力。

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