銅納米簇熒光探針在食品檢測中的研究進展

食品中金屬離子的檢測方法主要為原子熒光光譜法、原子吸收光譜法、紫外可見分光光度法、電感耦合等離子體質譜法等，農藥殘留、獸藥殘留、添加劑、有毒有害物質等有機物的常用檢測方法為色譜法、色譜-串聯質譜法等，多數方法靈敏度較高，但所用儀器昂貴、操作復雜、樣品預處理耗時，因此建立簡單快速、靈敏、準確、成本低的分析檢測方法具有重要意義[1-2]。

近幾十年納米材料快速發展，當納米顆粒的粒徑減小至一定程度，接近電子的費米波長時，由于能級分裂，會顯示出新的光學、電學、磁學等性質[3]。這

些超小粒徑的納米粒子被稱為納米簇，通常由幾個或者幾十個原子構成，彌補了原子和納米晶體之間的間隙[4]。銅納米簇（Cu NCs）由于容易制備、價格低廉、穩定性好、熒光強度高和生物相容性好等優點，吸引了不少學者進行廣泛的研究[5]，在食品檢測[6-7]、藥品檢測[8-9]、環境檢測[10-11]、疾病診斷[12-13]和生物成像[14-15]等領域具有很大的發展潛力。本文重點介紹銅納米簇在食品檢測中的研究進展。

1 銅納米簇熒光探針在金屬離子檢測中的應用

HU等[16]使用二硫蘇糖醇（Dithiothreitol，DTT）還原CuSO4制備的銅納米簇，激發波長為360 nm，發射波長為590 nm，具有橙色熒光。Al3+存在時會與DTT-Cu NCs表面的羥基形成Al-O鍵誘導Cu NCs聚集，抑制分子振動和轉動，使得DTT-Cu NCs的熒光強度增強，基于此，建立了檢測Al3+的熒光傳感新方法，檢出限為0.01 μmol·L-1，該熒光探針已經成功用于油條等食品樣品中Al3+的檢測。

LIN等[17]以Cu(NO3)2、硫代水楊酸、半胱胺為原料合成的雙配體銅納米簇，量子產率高、光穩定性強。該納米簇的激發光譜和六價鉻的吸收光譜很大程度上重合，當體系中存在六價鉻時，由于熒光內濾效應（Inner Filter Effect，IFE），銅納米簇熒光猝滅，熒光強度降低，從而開發了檢測六價鉻的熒光傳感器，并應用于礦泉水中六價鉻的檢測。

HU等[18]以谷胱甘肽（Glutathione，GSH）為保護劑和還原劑還原CuSO4合成了銅納米簇熒光探針，基于帶正電的Hg2+會使得帶負電的銅納米簇聚集，導致熒光淬滅的原理而建立了檢測Hg2+的新方法，該方法線性范圍為0.01～10.00 μmol·L-1，檢出限為3.30 nmol·L-1，且Mg2+、Ca2+、Ba2+、Al3+等 金 屬 陽離子以及F-、Cl-、NO3-、NH4+等非金屬離子幾乎不干擾檢測，方法選擇性好，可用于水樣和大米樣品中Hg2+的檢測。石吉勇等[19]構建了碳量子點-銅納米簇（CQDs-Cu NCs）比率熒光探針，并成功用于螃蟹中Hg2+的快速準確檢測。其原理為Hg2+存在時會使銅納米簇表面電位不穩定發生聚集，Cu NCs 443 nm處的熒光強度下降，CQDs 545nm處熒光強度不變，兩者熒光強度比率隨Hg2+濃度的變化而變化，以此為基礎建立了Hg2+的定量檢測方法，該方法線性范圍為0.1～12.0 μmol·L-1，檢出限為2.83 nmol·L-1，具有良好的靈敏度。該比率熒光探針比單發射銅納米簇熒光探針抗干擾能力強，穩定性高，適用于食品中Hg2+的快速檢測。

LI等[20]制備了銅納米簇和氮摻雜的碳量子點（CNQDs）的比率型熒光探針（Cu NCs-CNQDs）并用于紫菜中鉛離子的定量檢測。傳感機理為當體系中存在Pb2+時，Pb2+和Cu NCs之間存在聚集誘導熒光效應（Aggregation-Induced Emission Enhancement，AIEE），Cu NCs 632nm處熒光強度增強，CNQDs 468nm處熒光強度不變，熒光強度比率與Pb2+濃度相關，基于此建立了檢測紫菜樣品中Pb2+的新方法，且CNQDs熒光強度作校正信號，方法穩定性較強。

白金娜等[21]以青霉胺（D-penicillamine，DPA）為穩定劑，合成了銅/銀雙金屬納米簇，該納米簇具有黃色熒光。Ag+與銅/銀雙金屬納米簇表面的氨基和巰基之間存在配位作用會破壞納米簇的結構，使得納米簇穩定性降低，導致熒光靜態猝滅，熒光強度降低，從而建立了檢測Ag+的熒光傳感策略。該方法的檢 測 限 為0.3 μmol·L-1，Al3+、Ca2+、Cr6+、Cr3+、Fe3+和Hg2+等金屬離子存在時，熒光強度無明顯變化，方法特異性強，可用于瓶裝礦泉水等實際樣品的檢測。

2 銅納米簇熒光探針在獸藥殘留檢測中的應用

王海波等[22]利用牛血清蛋白（Bovine Serum Albumin，BSA）為模板合成銅納米簇熒光探針，當目標檢測物四環素存在時會使銅納米簇熒光猝滅，熒光信號降低，因此該熒光探針可用于四環素的檢測。該方法簡便快速、線 性 范圍 大（5.0×10-8～4.0×10-5mol·L-1）、檢出限低（5.0×10-9mol·L-1）、選擇性好，已用于牛奶中四環素的檢測。楊麗霞等[23]使用以聚胸腺嘧啶單鏈DNA（T30）為模板合成銅納米簇作為熒光探針檢測四環素，并將該探針成功用于牛奶和雞肉樣品中四環素的檢測。該方法可以在10 min內完成檢測，檢出限為0.01 μmol·L-1，其他抗生素、氨基酸、糖類等干擾物不影響熒光強度，該方法具有靈敏度高、選擇性好、方便快速等優點。WANG等[24]以多巴胺為模板，以水合肼、硼氫化鈉為還原劑在水溶液中還原CuSO4，首次成功合成了穩定的、具有藍綠色熒光的銅納米簇。由于銅納米簇表面基團與四環素之間形成新鍵，Cu NCs的熒光強度降低，基于此建立了檢測四環素的方法，線性范圍為3.6×10-6～1.0×10-3mol·L-1，檢出限為9.2×10-7mol·L-1，鏈霉素、林可霉素、青霉素等其他抗生素對熒光強度影響不明顯，方法選擇性較好，成功應用于牛奶樣品中四環素的檢測，具有很強的實用性。

基于磺胺噻唑（Sulfathiazole，STZ）與銅納米簇之間的強相互作用導致銅納米簇熒光猝滅，SADEGHI等[25]設計了檢測STZ的新型熒光探針。該探針制備過程簡單，不需要加入額外的穩定劑，僅用抗壞血酸還原CuSO4即可制備，可成功用于牛奶和蜂蜜中磺胺噻唑的檢測。

3 銅納米簇熒光探針在農藥殘留檢測中的應用

BHAMORE等[26]用蛋清為模板，以水合肼為還原劑還原CuSO4制備銅納米簇熒光探針，福美雙和百草枯會使銅納米簇600 nm處的熒光發射峰急劇猝滅，其機理為在福美雙和百草枯誘導下，多種相互作用使得銅納米簇發生聚集，引起熒光猝滅，基于此建立了檢測福美雙和百草枯的新方法。金屬離子Na+、K+、Zn2+、Fe2+、Al3+等，陰 離 子Cl-、SO42-、PO43-、Cr2O72-等以及農藥異丙隆、氯苯胺靈、敵敵畏、毒死蜱等對銅納米簇熒光猝滅效果不明顯，該方法選擇性好，可用于水和食品中福美雙和百草枯的檢測。

LI等[27]合成了L-半胱氨酸（L-cys）修飾的銅納米簇（L-cys-Cu NCs）。L-cys-Cu NCs的激發波長在365 nm處，發射波長在497 nm處，呈現綠色熒光，氟啶胺紫外吸收波長在352 nm處，與L-cys-Cu NCs激發光譜明顯重疊，因此氟啶胺可使L-cys-Cu NCs熒光猝滅，熒光強度降低，基于內濾效應（IFE）可設計出檢測氟啶胺的熒光傳感方法，該方法檢出限為1.4 nmol·L-1，殺螟丹、樂果、甲胺磷、啶蟲脒和三唑酮等其他農藥存在時對L-cys-Cu NCs熒光強度無明顯影響。在梨和白菜真實食品樣品中進行加標回收實驗，回收率為98.92%～104.63%，該方法在實際食物樣品中具有實用性。

4 銅納米簇熒光探針在添加劑檢測中的應用

陳中蘭等[28]以L-半胱氨酸為模板合成了銅納米簇，由于檸檬黃的吸收光譜和銅納米簇的熒光光譜部分重合，內濾效應和/或F?rster共振能量轉移導致銅納米簇的熒光猝滅，基于此，利用銅納米簇熒光探針實現了對礦泉水和果汁中的檸檬黃的檢測。

DEMIRHAN等[29]以L-半胱氨酸為保護劑和還原劑制備了銅納米簇，體系中存在胭脂紅（Ponceau 4R）時會引起銅納米簇熒光靜態猝滅，開發了檢測Ponceau 4R的熒光傳感新方法。該方法已用于粉狀飲料、糖果等食品樣品中胭脂紅的檢測。

GAO等[30]制備了牛血清蛋白包裹的銅納米簇，曲酸（Kojic Acid，KA）與銅離子的選擇性結合促進了在銅納米簇表面生成(C6H5O4)2Cu，誘導銅納米簇熒光靜態猝滅，基于此建立了測定曲酸的簡單快速、選擇性好的熒光傳感策略，該傳感策略已用于醬油、食醋中曲酸的測定，對食品中曲酸的測定具有重要意義。

WANG等[31]制備了以3-巰基丙酸（3-Mercaptopropionic Acid，MPA）為還原劑和封閉劑、Cu2+誘導聚集發光（Aggregation-Induced Emission，AIE）的銅納米簇（Cu2+@MPA-Cu NCs)，該納米簇呈現聚集團簇狀，610 nm處具有優良的熒光發射，目標檢測物S2-存在時會與Cu2+強烈結合導致Cu2+@MPA-Cu NCs結構被破壞，熒光信號降低，基于此原理建立了檢測S2-的熒光探針，且成功用于味精、食鹽、白糖等多種食品添加劑中S2-的檢測。

5 銅納米簇熒光探針在有毒有害物質檢測中的應用

ZHU等[32]以聚胸腺嘧啶單鏈DNA為模板，用抗壞血酸還原CuSO4合成銅納米簇，由于三聚氰胺能與胸腺嘧啶堿基之間形成較強的氫鍵，單鏈聚胸腺嘧啶形成雙鏈聚胸腺嘧啶-三聚氰胺復合物，雙鏈DNA模板比單鏈DNA模板具有更強的剛性，從而使得銅納米團簇的熒光強度增強，基于此原理實現了牛奶中三聚氰胺的快速檢測。

JIAN等[33]提出了基于乙醇氧化酶（Alcohol Oxidase，AOX）觸發的BSA- Cu NCs熒光傳感策略，并用于火腿中甲硫醇（CH3SH）的靈敏檢測。其傳感機理為在AOX的催化作用下，甲硫醇與氧氣反應生成的H2O2會進一步觸發原位合成BSA- Cu NCs，熒光強度增強，該方法實現了在真實食品樣品中CH3SH的檢測，在食品檢測方面具有重要意義。

6 結語

銅納米簇熒光探針是一類新型的傳感器，本文介紹了銅納米簇熒光探針在食品中金屬離子、獸藥殘留、農藥殘留、添加劑、有毒有害物質等方面的檢測應用研究情況，由于其良好的特性，銅納米簇熒光探針在食品檢測領域具有極大的發展潛力，目標檢測物將會更加豐富，且因其簡單快速、價格低廉、準確靈敏的特點，有望在食品檢測領域成為重要的檢測方法。