量子點技術在動物源性食品諾氟沙星快速檢測中的應用

Application of Quantum Dot Technology in the Rapid Detection of Norfloxacin in Animal-Derived Foods

MA Zhenwei， PAN Guodong， CHEN Xia， LI Yuan， YANG Lan （Hebei Food Qualityand Safety Technology Monitoring Center， Shijiazhuang O5oo91， China）

Abstract： The problem of drug residues caused by the wide use of norfloxacin in livestock，poultry and aquaculture is becoming increasingly serious，which puts forward higher requirements for detection technology. Quantum dot technology has become a key means to construct new detection systems due to its excellent fluorescence properties，good interface modifcation ability and structural controllability.This paper systematically reviews the quantum dot detection methods based on immune recognition， aptamer recognition and molecular imprinting mechanisms，compares their differences in construction methods，types of adapted samples and detection performance，and analyzes their applicability in rapid screening ofcomplex matrices，aiming to provide atheoretical basis and technical reference for the rapid detection of small molecule drug residues in animal-derived foods.

Keywords： quantum dot; norfloxacin; animal-derived food

諾氟沙星作為一種氟喹諾酮類抗菌藥物，因其抗菌譜廣、成本低、代謝穩定等特點，被廣泛應用于畜禽養殖與水產養殖領域。然而，其在動物源性食品中的殘留問題日益突出，長期攝入可能對人體肝腎功能、免疫系統及微生物耐藥性產生不良影響，已成為食品安全監管的重點控制項目。現有檢測方法如高效液相色譜、氣質聯用等雖具有良好靈敏度，但檢測流程復雜、設備依賴性強、現場適應性差，難以滿足基層快檢與大規模篩查的需求[1]。

在此背景下，基于納米材料的熒光檢測技術獲得廣泛關注。量子點因具備尺寸可控、發光性能優異、表面功能化程度高等優勢，在構建高靈敏度、可現場化的藥物殘留檢測體系中展現出巨大潛力。通過調控其結構與表面性質，可實現與多種識別結構的協同集成，從而完成對目標分子的高效識別與熒光響應。本文圍繞量子點在動物源性食品諾氟沙星快速檢測中的實際應用展開，系統梳理其識別機制構建路徑與工程化發展現狀，為后續技術優化與推廣提供參考依據。

1量子點技術的原理

量子點（QuantumDots，QDs）是一類由半導體材料構成的納米晶體，尺寸通常在 2～10nm 。其核心物理特性來源于量子限域效應，當其尺寸縮小至激子玻爾半徑以下時，電子和空穴的運動受限，能帶結構轉變為離散能級，從而賦予其獨特的光學性能。具體表現為激發光譜寬、發射光譜窄、波長隨粒徑可調、熒光強度高且穩定性強，適合構建高信噪比的熒光檢測體系。在結構上，量子點通常由發光核心、無機殼層與有機配體構成[2。核心決定其發光特性，殼層起到鈍化表面缺陷、提升量子產率與光學穩定性的作用，而表面配體則用于調節溶解性、改善分散性，并為后續功能化提供反應位點。通過對粒徑、材料類型及表面修飾的精確控制，可實現對其發光波長、強度與穩定性的全面調節。此外，量子點表面具備良好的官能團兼容性，能夠穩定負載多種功能結構，在復雜基質中仍能保持光學活性。這一特性使其成為構建熒光響應系統的關鍵材料，為實現高選擇性識別與熒光信號轉化提供了物理與化學基礎。該類材料的界面可調性和光電性能，已成為發展新型快速檢測技術的支撐。

2量子點技術在動物源性食品諾氟沙星快速檢測中的應用進展

2.1基于免疫識別的量子點檢測方法

在諾氟沙星殘留的快速檢測中，基于免疫識別的量子點檢測方法被廣泛應用于禽肉、水產、乳制品等動物源性樣品的現場篩查。該方法利用抗體與目標分子的高親和特性，將量子點作為熒光信號載體，通過化學偶聯方式與抗諾氟沙星抗體結合，構建可響應殘留信號的檢測探針。操作中，樣品經簡單預處理后與量子點抗體復合物接觸，若其中存在諾氟沙星，其分子將與抗體發生特異結合，調節探針結構與熒光輸出，最終表現為熒光信號的增強或抑制[3]。該檢測方法具備良好的靈敏度與實用性，尤其適用于批量初篩場景。例如，在禽肉樣本中，通過建立競爭性檢測機制，可在 10min 內完成對諾氟沙星殘留水平的定性判斷；在液態奶樣本中，結合免疫膜結構對復雜背景進行濾除，可穩定實現ngmL-1量級的檢出限。近年來，有研究團隊將該方法與微流控芯片技術集成，開發出用于批量樣本同步檢測的一體化平臺[4。該平臺將多個量子點抗體反應區布設于同一芯片中，實現對禽肉、水產品、乳制品等多種類型樣品的同時檢測，并通過數碼終端直接輸出結果圖像，大幅提升檢測效率。在食品加工企業、市場監管單位與養殖環節，該類量子點檢測技術應用價值較高。

2.2基于適配體識別的量子點檢測方法

基于適配體識別的量子點檢測方法在動物源性食品諾氟沙星殘留的快速檢測中展現出顯著優勢，尤其適用于復雜基質、變溫場景下的樣品篩查。適配體是一類由體外篩選獲得的單鏈DNA或RNA分子，具備對諾氟沙星的高親和力和高特異性。在具體應用中，研究人員常采用巰基或氨基修飾的適配體，將其固定于量子點表面，構建識別與信號一體化的檢測結構[5]。該方法無須使用抗體，避免了蛋白分子易變性與生物活性易受環境干擾等問題，特別適合高鹽、高油脂或高蛋白質含量的樣品類型。在禽肉或水產樣品檢測中，適配體與諾氟沙星結合后會發生構象變化，進而影響量子點表面的電子環境，引起熒光強度的變化。常見的信號輸出機制包括熒光共振能量轉移、熒光猝滅或熒光恢復等模式。例如，在實際操作中，將含有諾氟沙星的提取液與適配體-量子點復合體系反應，檢測體系可在 15min 內完成熒光響應，檢測信號與殘留濃度呈良好線性關系，靈敏度在 0.5～1.0ng?mL^-1 級別[。與傳統免疫識別方法相比，基于適配體的量子點檢測在樣品預處理方面更為簡便，可實現直接檢測或通過簡單離心、稀釋等操作完成反應體系的建立。部分研究已將該技術應用于乳制品的藥物殘留監測，利用磁性微球富集配合量子點熒光讀數，在減小干擾物影響的同時提升檢測靈敏度，適合企業端批量質控與市場流通環節的現場快檢[]。同時，該方法在平臺集成與自動化方向亦展現潛力。已有技術將適配體－量子點復合體嵌入納米孔陣列、試紙條和手持熒光模塊中，開發出便攜式快速檢測工具包，實現無專業背景人員在養殖基地或農貿市場的自助操作。適配體序列還可通過計算篩選與結構優化，進一步提升識別專一性與多重檢測能力。

2.3基于分子印跡機制的量子點檢測方法

基于分子印跡機制的量子點檢測方法以其穩定性強、構建成本低、識別結構可控等優勢，成為動物源性食品中諾氟沙星殘留快速檢測的重要補充技術路徑。該方法不依賴蛋白抗體或核酸適配體，而是利用合成聚合物對目標分子的空間形態和官能團構建“記憶”，通過物理模板作用形成特異識別位點，實現對目標分子的選擇性識別與信號響應[8]。實際應用中，研究人員通常以諾氟沙星為模板，將其與功能單體如甲基丙烯酸或丙烯酰胺在引發劑作用下聚合，得到具備形狀與官能團配對能力的印跡聚合層，該聚合層在包覆于量子點表面后形成復合結構[。經洗脫去除模板后，所暴露的印跡位點可選擇性識別再加入的諾氟沙星分子，并通過量子點熒光的猝滅或恢復，轉化為可檢測的信號。該方法特別適用于動物肝臟、魚蝦組織和深加工肉制品等高脂肪、高蛋白質復雜基質樣品[1]。在這些樣品中，由于成分復雜，傳統的生物識別探針易受干擾，而分子印跡結構則具有良好的抗污染能力與化學穩定性，可穩定運行于變溫、高鹽及酸堿環境中。研究表明，通過引入磁性分離材料輔助富集，分子印跡量子點體系可將檢測流程壓縮至 30min 以內，最低檢出限可控制在 0.3ng^.mL^-1 以下，滿足食品殘留監控對靈敏度和效率的雙重需求[]。分子印跡識別層還具備優良的可再生性與存儲穩定性，不受運輸條件限制，適合制備為常溫下長期保存的即用型試劑盒。當前已有實驗平臺將該方法應用于便攜檢測終端，將量子點印跡材料壓制成反應試紙或片狀芯片，配合手持熒光檢測儀使用，實現無專業背景人員的操作，適用于養殖環節、食品加工企業及基層監管部門的快速篩查任務。

3未來發展方向

量子點技術在動物源性食品藥物殘留檢測中的應用仍處于快速演進階段，未來的發展有賴于多維度協同推進。 ① 多學科融合趨勢愈加顯著。納米材料科學、生物識別化學、食品毒理學與智能制造等領域的深度交叉，將推動傳感器從單一信號響應向集成分析平臺邁進，促進檢測模塊在實際樣品復雜環境中的穩定運行。 ② 綠色化趨勢亟待強化。傳統量子點存在潛在重金屬毒性問題，未來需向碳點、無鉛量子點等環保替代材料轉化，構建無污染、可降解的安全檢測體系。 ③ 監管與產業對接機制仍待完善。需推動量子點傳感器在食品監管體系中的標準化應用路徑，建立從研發、生產到檢測終端的閉環體系，提升技術成果的工程可轉化性與政策適配性，為動物源性食品安全檢測提供長期可持續的技術支持。

4結語

量子點技術憑借高靈敏、快響應與結構可調等優勢，在動物源性食品諾氟沙星殘留檢測中展現出良好應用前景。隨著材料創新與識別機制不斷優化，該類傳感技術有望在實際食品安全監管中實現標準化應用，助力風險防控體系建設。

參考文獻

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