周迎卓,王 欣,劉寶林

(上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院,上海 200093)

近年來,食品安全問題愈演愈烈,使消費(fèi)者對(duì)食品安全憂慮重重。要保障“舌尖上的安全”,就離不開可靠的食品安全檢測(cè)技術(shù),尤其是新型的高靈敏度、高特異性的食品安全快速檢測(cè)方法。

傳統(tǒng)的食品安全檢測(cè)方法如氣相色譜(GC)、高效液相色譜(HPLC)、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(HPLC-MS)、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)[1]、熒光偏振免疫測(cè)定(FPIA)[2]、免疫吸附(ELISA)[3]等雖特異性好、精度高、靈敏性佳,但均對(duì)分析條件有比較高的要求,前處理相對(duì)復(fù)雜,在快速檢測(cè)方面仍有一定欠缺[4-5]。

生物傳感器具有特異性好、分析速度快、成本低等優(yōu)點(diǎn),在食品安全檢測(cè)中有較好的應(yīng)用前景。近年來,一方面核酸適配體的出現(xiàn)為生物傳感器提供了一種特異性好,靈敏度高的新型生物識(shí)別元件；另一方面,利用納米粒子獨(dú)特的光學(xué)和物理特性可進(jìn)一步放大檢測(cè)信號(hào),使檢測(cè)更靈敏、選擇性增強(qiáng),從而為食品危害因子的檢測(cè)提供一種新型、高效和快速的檢測(cè)分析平臺(tái)。

對(duì)2007～2016年web of science庫(kù)中發(fā)表在國(guó)際期刊上的分別以適配體(aptamer)、納米粒子(nanoparticle)、適配體+納米粒子(aptamer+nanoparticle)為關(guān)鍵詞的學(xué)術(shù)論文進(jìn)行歸納(圖1)可以發(fā)現(xiàn),圍繞適配體和納米粒子進(jìn)行的研究數(shù)量有大幅增加,表明這兩個(gè)研究領(lǐng)域有較快發(fā)展;而“適配體+納米粒子”的研究仍相對(duì)較少,說明此領(lǐng)域仍相對(duì)較新,有待于深入研究。

圖1 Web of science中適配體與納米微粒相關(guān)文獻(xiàn)的調(diào)研分析

因此,本文在對(duì)文獻(xiàn)梳理總結(jié)的基礎(chǔ)上,先對(duì)各類基于適配體的納米傳感器的檢測(cè)原理和存在的問題進(jìn)行了分析,進(jìn)而綜述了基于適配體的納米傳感器在食品安全因子檢測(cè)方面的應(yīng)用進(jìn)展,旨在為此類傳感器后續(xù)在食品安全檢測(cè)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用提供參考。

1 基于適配體的納米傳感器的檢測(cè)原理

基于適配體的納米傳感器按照信號(hào)表達(dá)方式的不同,可分為光學(xué)、磁弛豫、電化學(xué)和其他類型4類,其基本原理分述見下文。

1.1 光學(xué)傳感器

1.1.1 比色傳感器 納米粒子表面性質(zhì)的改變會(huì)引起其表觀顏色的變化,以此為基礎(chǔ)可建立納米比色傳感器[6],其中,基于納米金優(yōu)良的高摩爾吸光率和尺寸依賴的光學(xué)性質(zhì)的納米金比色分析技術(shù)是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。Wang等[7]將核酸適配體與納米金比色傳感器相結(jié)合對(duì)氧化樂果(omethoate)定量分析。使氧化樂果的核酸適配體通過配位作用而隨機(jī)纏繞在納米金顆粒表面,增大了納米粒子間的靜電斥力而使納米金顆粒的間距增大,從而在較高鹽濃度下仍分散良好;當(dāng)加入氧化樂果后,目標(biāo)物與核酸適配體優(yōu)先結(jié)合,從納米金表面解離,導(dǎo)致納米金表面勢(shì)能和靜電斥力降低,發(fā)生團(tuán)聚,顏色由紅色變?yōu)樗{(lán)色,該變化很容易被紫外分光光度計(jì)捕捉,從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)氧化樂果的定量分析。

當(dāng)然,也有研究者嘗試了試紙條形式的適配體納米金比色傳感器,Wang等[8]構(gòu)建了一種可檢測(cè)赭曲霉毒素A(Ochratoxin A,OTA)的納米金生物傳感器。該傳感器以納米金為核,表面修飾適配體及一段A堿基。在硝酸纖維素膜上構(gòu)建2個(gè)探針,其中,探針1由適配體的一段互補(bǔ)鏈組成,探針2由一段T堿基組成。當(dāng)不存在赭曲霉毒素A時(shí),探針1和探針2分別通過適配體或堿基與納米金結(jié)合,此時(shí)試紙條為兩道杠;當(dāng)加入赭曲霉毒素A時(shí),赭曲霉毒素A優(yōu)先與探針1的適配體結(jié)合,而探針2與納米金結(jié)合,試紙條僅出現(xiàn)一道杠,由此可間接進(jìn)行赭曲霉毒素A的定性檢測(cè)。

以Wang等[9]設(shè)計(jì)的一種可定量分析Hg2+濃度的生物傳感器為例(圖2),其核心部分為Fe3O4@Au-適配體納米粒子,當(dāng)溶液中不存在Hg2+時(shí),通過雜交鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(Hybrid ChainReaction,HCR),HCR探針1、2會(huì)在Fe3O4@Au的表面上形雙鏈DNA鏈,產(chǎn)生較多的亞甲藍(lán)(MB)吸附位點(diǎn),使游離的亞甲藍(lán)減少;加入Hg2+后會(huì)阻斷DNA雙鏈的延伸,使MB吸附位點(diǎn)減少,游離的MB相對(duì)增多,經(jīng)磁分離后,檢測(cè)溶液的UV-vis吸收信號(hào)變化即可間接反映體系中Hg2+的濃度。

圖2 基于比色法的Fe3O4@Au納米粒子檢測(cè)Hg2+

適配體納米金比色分析技術(shù)具有簡(jiǎn)單、快速、靈敏等優(yōu)點(diǎn),但納米金對(duì)離子強(qiáng)度比較敏感,易產(chǎn)生非特異的納米金溶液顏色變化;適配體與靶標(biāo)的結(jié)合易受體系pH的干擾,而食品、環(huán)境、血液等樣品基質(zhì)都比較復(fù)雜,pH變化較大,有可能對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響。

1.1.2 熒光傳感器 適配體納米熒光傳感器主要是指用熒光基團(tuán)標(biāo)記核酸適配體后,由于目標(biāo)物和適配體互補(bǔ)鏈會(huì)競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合適配體,因此,目標(biāo)物存在時(shí),適配體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,導(dǎo)致熒光信號(hào)的改變[10],從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的分析?；跓晒夥ǖ募{米適配體檢測(cè)法以其選擇性好,靈敏度強(qiáng),穩(wěn)定性高等而倍受關(guān)注。如圖3所示,Qin等[11]基于氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)比表面積大,具有優(yōu)良導(dǎo)電性,可作為一種高效的熒光猝滅劑的特性,設(shè)計(jì)了一種可檢測(cè)β-內(nèi)酰胺酶含量的熒光適配體納米傳感器。當(dāng)溶液中不存在β-內(nèi)酰胺酶時(shí),適配體被吸附在GO的表面,導(dǎo)致熒光猝滅,溶液的熒光強(qiáng)度較低;加入β-內(nèi)酰胺酶后,目標(biāo)物優(yōu)先與核酸適配體特異性結(jié)合,使核酸適體構(gòu)型改變并從石墨烯表面解離,溶液熒光強(qiáng)度增大,根據(jù)熒光強(qiáng)度與β-內(nèi)酰胺酶濃度間的關(guān)系,可間接測(cè)量出β-內(nèi)酰胺酶的濃度。

圖3 基于熒光法的石墨烯傳感器檢測(cè)β-內(nèi)酰胺酶

與熒光染料分子相比,量子點(diǎn)(Quantumdots,QDs)或半導(dǎo)體納米粒子因具有穩(wěn)定性好、摩爾消光系數(shù)高、量子產(chǎn)率高和熒光發(fā)射譜峰窄等優(yōu)良的光學(xué)特性[12]。Zhang等[13]構(gòu)建了一種可檢測(cè)伏馬菌素B1的量子點(diǎn)-適配體-GO傳感器。當(dāng)體系中不存在伏馬菌素B1時(shí),量子點(diǎn)-適配體被吸附在石墨烯的表面上而熒光猝滅,加入伏馬菌素B1后,量子點(diǎn)-適配體優(yōu)先與伏馬菌素B1結(jié)合并從石墨烯上脫落,溶液的熒光強(qiáng)度相對(duì)增加,由此可定量檢測(cè)伏馬菌素B1的濃度。Wu等[14]借助于稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料獨(dú)特的發(fā)光性質(zhì),設(shè)計(jì)了一種檢測(cè)赭曲霉毒素A的適配體納米熒光傳感器。在磁性納米粒子和上轉(zhuǎn)換納米粒子的表面分別修飾赭曲霉毒素A(OTA)適配體和適配體互補(bǔ)鏈,不存在OTA時(shí),適配體與互補(bǔ)DNA序列形成雙鏈體結(jié)構(gòu),從而使磁納米表面具有較強(qiáng)的熒光強(qiáng)度;加入OTA后,適體優(yōu)先與OTA結(jié)合并從磁納米粒子表面解離,使其表面的熒光強(qiáng)度降低,從而可獲知OTA的濃度。

雖然基于熒光的納米適配體傳感器以其選擇性好、靈敏度強(qiáng)、穩(wěn)定性高等廣受關(guān)注。但是這種方法在實(shí)際樣品中檢測(cè)可能有背景熒光干擾,加之目前能夠應(yīng)用于食品檢測(cè)的適配體種類有限,使其實(shí)際應(yīng)用仍相對(duì)較少。

1.1.3 拉曼(SERS)傳感器 基于拉曼的納米適配體傳感器具有簡(jiǎn)單、快速、靈敏度高,選擇性強(qiáng)的特點(diǎn),在檢測(cè)小分子、蛋白質(zhì)等方面倍受關(guān)注[15]。該類傳感器一般是在納米粒子上修飾拉曼標(biāo)記,加入目標(biāo)物時(shí),目標(biāo)物與適配體結(jié)合,導(dǎo)致納米粒子聚集狀態(tài)及拉曼強(qiáng)度的改變。以Feng等[16]設(shè)計(jì)的可檢測(cè)雙酚A(BPA)的適配體納米金拉曼傳感器為例(圖4)。該傳感器以納米金粒子(AuNPs)和納米金棒(AuNRs)為核,在納米金上修飾拉曼標(biāo)記;當(dāng)體系中不存在雙酚A時(shí),BPA的適配體與其互補(bǔ)鏈形成雙鏈結(jié)構(gòu)并連接納米金和納米棒,使溶液的拉曼強(qiáng)度增大;加入雙酚A時(shí),雙酚A與適配體結(jié)合而使納米簇分散,溶液的拉曼強(qiáng)度減小,從而可間接獲知雙酚A的濃度。

圖4 基于拉曼法的納米金-納米棒傳感器檢測(cè)雙酚A

拉曼光譜技術(shù)依靠的是拉曼散射效應(yīng),而拉曼散射光本身的強(qiáng)度相對(duì)較弱,另外,拉曼檢測(cè)中普遍存在熒光干擾,使其實(shí)用性仍相對(duì)有限。

1.1.4 表面等離子共振傳感器 表面等離子體共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)傳感器是一種先進(jìn)的無標(biāo)簽和實(shí)時(shí)光學(xué)分析技術(shù),已廣泛應(yīng)用于許多重要領(lǐng)域,包括環(huán)境監(jiān)測(cè),食品安全和醫(yī)療診斷[17]。Luo等[18]將SPR和納米金結(jié)合設(shè)計(jì)了檢測(cè)BPA(Bisphenol A)的生物傳感器。使帶負(fù)電荷的BPA適配體由配位作用隨機(jī)纏繞在金納米粒子表面,靜電斥力增強(qiáng)而使納米金溶膠分散良好。當(dāng)加入BPA后,核酸適配體與目標(biāo)物結(jié)合并從納米金表面解離,導(dǎo)致納米金因表面勢(shì)能和靜電斥力降低而團(tuán)聚,周圍介質(zhì)的介電常數(shù)及折射率發(fā)生變化,從而引起SPR響應(yīng)的變化,根據(jù)SPR紅移值與BPA濃度的關(guān)系可間接測(cè)出BPA的濃度。

由于目前表面等離子體共振(SPR)檢測(cè)儀器仍相對(duì)笨重,不利于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的進(jìn)行,加之表面等離子體共振傳感器是基于表面折射率改變的一項(xiàng)分析技術(shù),因此,也存在對(duì)極小的折射率的改變無法檢測(cè)及非特異性吸附干擾等問題[19],其實(shí)際的應(yīng)用還有待研究。

1.1.5 化學(xué)發(fā)光傳感器 化學(xué)發(fā)光是指某些化學(xué)反應(yīng)中發(fā)出可見光的現(xiàn)象,Liu等[20]將化學(xué)發(fā)光法和適配體納米粒子相結(jié)合構(gòu)建了試紙形式的化學(xué)發(fā)光傳感器,可用于Hg2+離子的檢測(cè)。使納米多孔銀(nanoporoussilver,NPS)與化學(xué)發(fā)光試劑P-酸(P-acid)綴合形成NPS@P-酸后,在其表面修飾Hg2+的適配體探針S2,形成NPS@P-酸-S2復(fù)合粒子,Hg2+的另一單鏈DNA適配體S1則固定于纖維素紙表面,因此,當(dāng)向試紙上添加NPS@ P-酸-S2復(fù)合粒子及Hg2+時(shí),Hg2+適配體探針S1和S2可與Hg2+特異性結(jié)合,然后添加高錳酸鹽誘導(dǎo)發(fā)生化學(xué)發(fā)光,而發(fā)光強(qiáng)度取決于Hg2+的濃度,從而可以間接定量測(cè)定Hg2+的濃度。與單純化學(xué)發(fā)光法相比,該方法的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度提高了8倍,顯著改善了分析的靈敏度。但是,由于現(xiàn)有的化學(xué)發(fā)光標(biāo)記物在達(dá)到頂峰衰減后,其發(fā)光值尚不穩(wěn)定,因此該方法的批內(nèi)批間變異系數(shù)仍高于酶聯(lián)免疫方法[21]。

1.2 磁弛豫傳感器

基于磁弛豫原理的傳感技術(shù)日益受到研究者的廣泛關(guān)注[22]。磁性納米粒子的分散和聚集狀態(tài)會(huì)引起其周圍溶液中氫質(zhì)子弛豫時(shí)間(T2)的變化[23],基于T2值的變化可確定目標(biāo)分析物的濃度。磁弛豫傳感器具有較高的選擇性、靈敏度及可在不透明介質(zhì)中檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)。Bamrungsap等[24]設(shè)計(jì)了一種檢測(cè)溶菌酶(lysozyme)的磁化學(xué)傳感器,該傳感器以表面分別修飾溶菌酶適配體或其互補(bǔ)鏈的兩種氧化鐵納米粒子為核心,當(dāng)不存在溶菌酶時(shí),兩種納米粒子相互團(tuán)聚形成納米簇,此時(shí)溶液具有相對(duì)較小的T2值;當(dāng)加入溶菌酶時(shí),溶菌酶與適配體結(jié)合而使納米簇分散,溶液的T2值增大,因此通過測(cè)量ΔT2值可間接反映溶菌酶的濃度。

這種方法具有選擇性好,靈敏度高等特點(diǎn),但不能用于氣體的檢測(cè),且目前并未開發(fā)出用于多分析物檢測(cè)的方法。此外,制備磁性納米粒子過程中可能存在非生物相容性前體和有毒溶劑,導(dǎo)致磁納米的穩(wěn)定性受損而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確度[25]。

1.3 電化學(xué)傳感器

電化學(xué)傳感器基于測(cè)量溶液中電流、電位和阻抗的變化而間接得知待測(cè)目標(biāo)物濃度,以其小巧、方便、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)在食品安全檢測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。以Fan等[26]構(gòu)建的檢測(cè)啶蟲脒(acetamiprid)的電化學(xué)傳感器為例(圖5),先將金納米粒子(AuNP)沉積在裸金電極表面上,再在其上修飾啶蟲脒的核酸適配體,并用6-巰基-1-己醇封閉裸金電極極表面上的非特異性結(jié)合位點(diǎn)。當(dāng)加入啶蟲脒時(shí),電極表面上形成啶蟲脒-適配體復(fù)合物,導(dǎo)致電子轉(zhuǎn)移電阻(Ret)增加,而Ret的變化依賴于啶蟲脒濃度,從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)啶蟲脒濃度的定量分析。

圖5 基于電化學(xué)法的納米金傳感器檢測(cè)啶蟲脒

這種檢測(cè)方法測(cè)定速度快、穩(wěn)定性較好、不受檢測(cè)液顏色的影響,但目前的研究還存在線性范圍窄、離子干擾等問題,尤其是化學(xué)修飾電極的研究應(yīng)用還處在探索實(shí)驗(yàn)階段[27]。

1.4 石英微天平傳感器

除以上各類傳感器外,Chen等[28]則將石英微天平傳感器與納米金適配體傳感技術(shù)相結(jié)合,設(shè)計(jì)了一種可檢測(cè)α-凝血酶的傳感器(圖6)。該傳感器以納米金為核,表面修飾溶菌酶適配體(TBA29);將另一種溶菌酶適配體(TBA15)固定在晶體芯片上,形成用于捕獲凝血酶的適配體單層,使石英微天平(quartz crystal microbalance,QCM)的頻率信號(hào)減小,而耗散信號(hào)增加;加入凝血酶溶液后,凝血酶與適配體TBA15結(jié)合,頻率信號(hào)進(jìn)一步降低;最后,引入表面修飾TBA29的納米金(TBA29-GNP),則形成三明治夾心結(jié)構(gòu),頻率信號(hào)進(jìn)一步減小,可高度敏感地檢測(cè)凝血酶的濃度變化。該方法具有靈敏度高、專一性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn),具有較好的應(yīng)用前景。但是該類傳感器的檢測(cè)部件—石英晶片可重復(fù)利用率低,電子部件大多需要電腦控制,不利于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

圖6 基于石英微天平法的納米金傳感器檢測(cè)凝血酶

2 基于適配體的納米傳感器的應(yīng)用進(jìn)展

2.1 農(nóng)藥、獸藥及其殘留物

農(nóng)獸藥殘留是影響食品安全的重要影響因子。Wang等[7]構(gòu)建了可檢測(cè)氧化樂果的核酸適配體納米金傳感器,和普通的乙酰膽堿酶抑制比色法(LOD為1.3 μmol/L)比較,該方法對(duì)氧化樂果的檢測(cè)限可達(dá)0.1μmol/L,檢測(cè)靈敏度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí),且方法具有較好的特異性,回收率在77.96%～95.7%之間,檢測(cè)時(shí)間僅為10 s。Fan等[26]構(gòu)建的適配體納米金電化學(xué)傳感器對(duì)啶蟲脒(acetamiprid)的檢測(cè)限可達(dá)1 nmol/L,線性范圍為5～600 nmol/L,且具有較好的特異性,此方法在污水及番茄樣品中的回收率在85.8%～105.1%之間,檢測(cè)效果較好,有較強(qiáng)的實(shí)用性。

新霉素B是一種廣泛使用的氨基糖苷類獸藥,動(dòng)物源性食品中新霉素B的存在對(duì)人類具有潛在的耳毒性和腎毒性。Ling等[29]以納米金和新霉素B的RNA適配體設(shè)計(jì)了一種可檢測(cè)新霉素B的熒光生物傳感器,該傳感器在新霉素B濃度0.1～10 μmol/L之間有線性響應(yīng),檢測(cè)限可達(dá)0.1 μmol/L,響應(yīng)快速,遺憾的是該研究未進(jìn)行回收實(shí)驗(yàn),且適配體特異性有待后續(xù)的改進(jìn)。此外,由于牛奶中β-內(nèi)酰胺酶的存在會(huì)減少或甚至抵消抗生素藥物的治療效果,因此中國(guó)食藥監(jiān)將牛奶中β-內(nèi)酰胺酶的最大允許濃度為4 U/mL[11]。Qin等[11]設(shè)計(jì)的一種可檢測(cè)β-內(nèi)酰胺酶含量的適配體石墨烯納米熒光傳感器,該方法的檢測(cè)限(LOD)可達(dá)0.5 U/mL,回收率為96.04%～119.67%,適配體特異性較好,可用于食品樣品中β-內(nèi)酰胺酶的快速檢測(cè)。

2.2 致病微生物

對(duì)引起食源性疾病的致病微生物的快速、準(zhǔn)確檢測(cè)是確保食品安全的首要任務(wù)之一。Liu等[30]設(shè)計(jì)了一種可檢測(cè)腸炎沙門氏菌的的適配體石墨烯納米熒光傳感器,該方法對(duì)乳樣品中沙門氏菌的檢測(cè)限可達(dá)300 CFU/mL,且具有較高的選擇性。Duan等[31]以上轉(zhuǎn)換納米粒子和磁性納米粒子為核,在其表面分別修飾2種適配體,用適配體共軛磁性納米粒子對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行捕獲和濃縮后,再用上轉(zhuǎn)換納米粒子的熒光特性對(duì)兩種病原菌的含量進(jìn)行檢測(cè)。該方法對(duì)鼠傷寒沙門氏菌和金黃色葡萄球菌的線性檢測(cè)范圍均為10～105CFU/mL,檢測(cè)限分別為5和8 CFU/mL。方法具有良好的選擇性,且與標(biāo)準(zhǔn)的平板計(jì)數(shù)法無顯著差異,說明該方法檢測(cè)結(jié)果可靠。

Chang等[32]則構(gòu)建了一種基于適配體納米金共振光散射的生物傳感器,并成功檢測(cè)到了單細(xì)胞的金黃色葡萄球菌,但遺憾的是該研究未進(jìn)行檢測(cè)的特異性分析和回收實(shí)驗(yàn),故其實(shí)際檢測(cè)效果有待驗(yàn)證。Ozalp等[33]也嘗試將石英微天平傳感器與納米適配體傳感技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行沙門氏菌的檢測(cè),發(fā)現(xiàn)在菌體濃度為1×102～4×104CFU/mL的范圍內(nèi),傳感器可獲得線性響應(yīng),檢測(cè)限為100 CFU/mL。

2.3 真菌毒素

建立準(zhǔn)確高、特異性強(qiáng)的真菌毒素快速檢測(cè)方法是控制真菌毒素危害的關(guān)鍵之一。Luan等[34]設(shè)計(jì)了一種由黃曲霉毒素B2(Aflatoxin B2,AFB2)敏感適配體和納米金組成的比色傳感器,該方法在AFB2濃度為0.025～10 ng/mL時(shí)有線性響應(yīng),檢測(cè)限可達(dá)0.0795 nmol/L,回收率為89.4%～92.90%。該方法不但快速、靈敏,且可以使用視覺和微板讀數(shù),更為方便易用。Wang等[8]則針對(duì)赭曲霉毒素A的檢測(cè),設(shè)計(jì)了一種適配體納米金比色傳感器,該方法的視覺LOD可達(dá)2.481 nmol/L,定量LOD為0.447 nmol/L,該方法的線性范圍為0～6.19 nmol/L,回收率為96%～110%,精確度較高,可以用于OTA的現(xiàn)場(chǎng)篩查。Wu等[14]設(shè)計(jì)了一種以上轉(zhuǎn)換納米粒子和磁性納米粒子為核,檢測(cè)赭曲霉毒素A的適配體納米熒光傳感器,該方法的LOD為0.0248 nmol/L,回收率為90.7%～117.98%,說明該方法具有較好的準(zhǔn)確性和靈敏度,其結(jié)果與高效液相色譜法有較好的相符性。相比之下,該方法的檢測(cè)靈敏度也較Wang等[8]設(shè)計(jì)的方法大大提高。此外,Zhang等[13]也嘗試了應(yīng)用量子點(diǎn)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熒光標(biāo)記物質(zhì),和適配體納米傳感器相結(jié)合進(jìn)行伏馬菌素B1的檢測(cè),該方法在水樣中的線性范圍為3.2 nmol/L～320 μmol/L,在花生油中則為1.6 nmol/L～160 μmol/L,LOD值為1 nmol/L,這是一種相對(duì)簡(jiǎn)單,高靈敏性和強(qiáng)選擇性的新型檢測(cè)方法。

2.4 重金屬

重金屬檢測(cè)方法的研究倍受關(guān)注。Wang等[9]設(shè)計(jì)的以Fe3O4@Au-適配體納米粒子為核心的比色傳感器可以定量分析Hg2+濃度。該方法的LOD值為0.7 nmol/L,相對(duì)偏差僅為2.13%～5%。而Liu等[20]開發(fā)了一種試紙形式的適配體納米粒子化學(xué)發(fā)光傳感器,該方法可在20 nmol/L～0.5 μmol/L的濃度范圍內(nèi)定量檢測(cè)Hg2+,LOD低至1 pmol/L,檢測(cè)精度相對(duì)較高,回收率在96.90%～102.40%,且具有較好的特異性,有較好的應(yīng)用前景。王興龍等[35]設(shè)計(jì)了進(jìn)行Hg2+檢測(cè)的基于適配體和納米金的石英晶體微天平傳感器,但該方法得到的LOD僅為2 nmol/L,在5～50 nmol/L范圍內(nèi)有良好線性關(guān)系,總體而言,檢測(cè)靈敏度不及前兩種方法。Wu等[36]設(shè)計(jì)了基于As3+適配體的納米瑞利散射傳感器,該生物傳感器的檢測(cè)限為2.67 nmol/L,可以滿足美國(guó)EPA和WHO對(duì)飲用水中砷的檢測(cè)要求(限量為133 nmol/L),該方法的動(dòng)態(tài)線性范圍為1.33×10-3～2.67 μmol/L,LOD僅為2.67×10-3μmol/L回收率為96.7%～104%,精確度較高,這為環(huán)境中As3+的檢測(cè)提供了可能的新方法。

2.5 生物酶

在酶的檢測(cè)方面,Bamrungsap等[24]設(shè)計(jì)了一種檢測(cè)溶菌酶含量的基于適配體的磁納米傳感器,該方法的LOD為1 nmol/L,回收率在89.76%～93.66%之間,具有較高的靈敏度和選擇性,適用于生物樣品或混合液,不需要蛋白質(zhì)的提純和分解,操作簡(jiǎn)便,為識(shí)別白血病人提供了可能。Ma等[37]設(shè)計(jì)的基于適配體納米粒子瑞利散射的生物傳感器在檢測(cè)溶菌酶時(shí),更為靈敏,其LOD可達(dá)0.05 nmol/L,相對(duì)誤差在7.9%～8.1%之間。Chen等[28]等設(shè)計(jì)的納米金適配體石英微天平傳感器在檢測(cè)α-凝血酶時(shí),LOD為0.1 nmol/L,與直接測(cè)定相比,靈敏度提高約2個(gè)數(shù)量級(jí),回收率為106%～116%,該方法在復(fù)雜基質(zhì)中也表現(xiàn)出良好的選擇性和重復(fù)性,實(shí)用性較強(qiáng)。

2.6 其他目標(biāo)物

雙酚A有可能導(dǎo)致內(nèi)分泌失調(diào),威脅著胎兒和兒童的健康。Feng等[16]設(shè)計(jì)了可檢測(cè)BPA的適配體納米金拉曼傳感器,其LOD為0.017 nmol/L,檢測(cè)靈敏,線性范圍為0.001～1 ng/mL,回收率在91.00%～95.30%之間,有較好的應(yīng)用前景。Luo等[18]構(gòu)建的適配體納米金表面等離子共振傳感器也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)BPA的檢測(cè),且方法的LOD為0.016 nmol/L,比常規(guī)ELISA法增強(qiáng)了約30倍,回收率在88%～120.3%之間,該方法還可擴(kuò)展至其他小分子,如氨芐青霉素的檢測(cè)中。

Dong等[38]設(shè)計(jì)了檢測(cè)乳中三聚氰胺含量的適配體納米金拉曼傳感器,該方法的LOD可達(dá)0.0079 nmol/L,特異性較好,回收率為97.33%～109.53%,結(jié)果準(zhǔn)確,而常規(guī)氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)的LOD僅為0.002 μmol/L,酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)的LOD為8.88 nmol/L。整體而言,適配體納米金拉曼傳感器法具有較好的靈敏度。

表1列舉了近年來基于適配體的納米傳感器在食品安全檢測(cè)中的應(yīng)用,并對(duì)方法的特征進(jìn)行了提煉,以供各位研究者參考。

表1 基于核酸適配體的納米生物傳感器在食品安全檢測(cè)中的應(yīng)用及特征

3 結(jié)論與展望

近年來,基于適配體的功能化納米探針以其高靈敏度和選擇性在食品安全檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用,眾多研究人員從不同角度進(jìn)行了大量的探索和應(yīng)用,但該研究領(lǐng)域仍然有很大的發(fā)展空間。具體而言,目前可用于食品安全危害因子檢測(cè)的核酸適配體種類還相對(duì)較少,后期可利用SELEX技術(shù)篩選出更有針對(duì)性的食品安全危害因子的適配體,擴(kuò)大該檢測(cè)方法的應(yīng)用范圍;另一方面,對(duì)適配體而言,輕微的修飾也常常會(huì)導(dǎo)致其對(duì)目標(biāo)分析物的親和力和特異性的顯著損失,不能有效識(shí)別目標(biāo)物。

因此,對(duì)適配體的功能化納米探針構(gòu)建過程進(jìn)行系統(tǒng)研究,調(diào)節(jié)體系的pH、離子強(qiáng)度、修飾方式等因素,以有效保護(hù)適配體的親和力及特異性。當(dāng)然,為了提高方法在現(xiàn)場(chǎng)分析中的可行性,開發(fā)簡(jiǎn)便、易攜帶的生物傳感器是未來研究的重點(diǎn)之一,也需要開發(fā)快速、有效、簡(jiǎn)單的樣品前處理方法,有效避免背景干擾,提高方法的靈敏度和檢測(cè)線。此外,從文獻(xiàn)分析中也發(fā)現(xiàn),若能通過在納米粒子上修飾多種適配體以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種危害因子的同時(shí)檢測(cè)也是未來的快速檢測(cè)的發(fā)展方向之一。

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