量子点技术在食品安全检测中的应用

时间：2024-08-31

■文/王成行

量子点(QDs)又称半导体纳米微晶体，是一种由Ⅱ～Ⅵ族或Ⅲ～Ⅴ族元素组成的纳米颗粒，也是近年来发展起来的一种特殊的新型荧光探针，它与传统的有机染料相比，具有优良、独特的光谱特性和良好的光化学稳定性，已成功应用于生命科学、分析科学、材料科学、免疫医学、检验检疫科学等领域，但在食品安全检测中的应用目前还处于初始阶段，本文将对量子点技术在该领域的应用做简要综述。

1.农药残留检测

用于农药残留检测的常见酶传感器有胆碱酯酶传感器和有机磷水解酶传感器。2003年美国化学会志报道了Pardon-Yissar课题组制备了乙酰胆碱酯酶标记的CdS纳米粒子修饰电极，首次将半导体酶杂化体系光电流生物传感器用于酶抑制剂的检测。杜丹等将酶固定在CdTe量子点上，同时在多壁碳纳米管的表面沉积金纳米颗粒，极大地增强了有机磷水解酶传感器的选择性、灵敏度及反应速度，甲基对硫磷的检出限为1.0μg/L。沈建忠等报道了量子点纳米晶体颗粒单克隆抗体结合物检测牛奶中磺胺甲嘧啶，华中农业大学陈翊平等建立了基于3-巯基丙基磺酸稳定的CdTe量子点的荧光链霉亲和素共轭用于饮用水中毒死蜱的检测，该方法的检测限是3.8-28.5ng/mL。刘正清等以谷胱甘肽(GSH)做为稳定剂，在水相中合成了高荧光的ZnSe量子点，发现农药敌磺钠能显著猝灭ZnSe量子点的荧光，建立了对自来水中残留农药敌磺钠的高灵敏检测新方法。Vamvakaki小组利用酶反应产物巯基胆碱或H2O2可以淬灭CdTe量子点荧光原理，使用层层自组装技术构建CdTe-胆碱氧化酶及乙酰胆碱酯酶的传感器, 对蔬菜和水果中常用的有机磷和氨基甲酸酯杀虫剂进行了检测，其检出限可达到皮摩尔。李玉玲等将MIPs（分子印迹聚合物）固定在SiO2纳米球包覆的CdSe量子点上，此复合材料对氯氟氰菊酯具有很高的选择性和灵敏度。

2.兽药残留检测

陈雪岚等基于竞争性荧光酶联免疫吸附法快速检测鸡肉中恩诺沙星残留，丁双阳等利用量子点标记二抗，间接竞争荧光免疫吸附法检测鸡肉中磺胺二甲嘧啶，检测限为1.0ng/L，结果与HPLC检测结果接近。刘明明等研制出一种新型的基于硫化镉量子点荧光强度淬灭测定磺胺嘧啶的方法，检测限为8.0μmol/L，Vinayaka等建立了基于CdTe量子点的免疫荧光法，用于检测除草剂2，4-D（2，4-二氯苯氧乙酸）。安徽师范大学朱昌青小组等研制出一种使用两种类型的传感器（量子点和酶）同时用于检测牛奶中多个不同结构分子新的免疫测定法，该方法基于荧光酶联免疫吸附技术，使用量子点QD605和QD655作为探针和酶联免疫吸附试验，并使用辣根过氧化物酶标记的二抗。荧光酶联免疫吸附法是由抗-磺酰胺和喹诺酮抗广谱特异性的单克隆抗体制成，同时检测6种磺胺类及11种喹诺酮类药物。

3.金属离子测定

桂林理工大学侯明教授合成CdTe量子点并用于水样中V5+的测定，安徽师范大学付捷等研制出CdS纳米材料选择性荧光探针用于Hg2+检测，Hg2+浓度在4.5-550nmol/

L 范围内，荧光强度成线性降低。该作者还建立了CdSe/ZnS作为荧光探针，通过Zn2+与Pb2+阳离子交换导致荧光淬灭实现对水中Pb2+的测定方法。吴东平等制备了量子点标记的DNA酶纳米传感器，测定重金属离子Pb2+、Cu2+的检出限分别为0.2、0.5mmol/L。王柯敏等用水相合成了CdTe量子点，并以该量子点为荧光探针，基于荧光猝灭法对Cu2+离子进行了定量检测，并具体解释了量子点荧光猝灭原理，是由于价带电子激发到导带以后被表面结合的Cu2+离子捕获而产生的结果，并利用光解实验进一步验证了这一机理。南开大学严秀平课题组建立了基于谷胱甘肽-CdTe量子点荧光淬灭动力学基础上的用于鉴别Fe2+和Fe3+的方法，以及GSH-CdTe量子点芬顿混合动力系统高选择性测定水样中微量Fe2+含量。庞代文课题组用牛血清白蛋白(BSA)修饰CdSe／ZnS核壳型量子点，用于Cu2+及中药饮片样品中Cu2+测定。安庆师范学院陈友存教授等用L-半胱氨酸修饰的CdS量子点作为荧光探针，首次系统、定量地研究了水溶液中的5种重金属和过渡金属离子(Ag+、Cu2+、Hg2+、Co2+和Ni2+)。实验发现Ag+使量子点的荧光发射增强，但发射峰位没有变化，而其他几种金属离子使量子点发生荧光猝灭，且Hg2+和Cu2+使量子点在猝灭过程中，发射谱带明显红移。

4.致病微生物检测

食源性致病菌引起的食源性疾病是引起食品安全的最大隐患之一，目前已有基于量子点荧光标记检测食品中致病微生物的研究报道。巯基化的CdSe核壳型量子点能够共价键和革兰氏阳性细菌中大量的麦胚凝集素，美国罗格斯大学的Kuo Yu-Ching等建造了抗体共轭的CdTe量子点用于检测大肠杆菌0157：H7和李斯特菌。Tully E.S等利用量子点标记抗体，建立了荧光免疫法快速检测单增李斯特菌表面结合的蛋白内化素A和内化素B，以此方法检测单增李斯特菌。华中农业大学王洪江等通过免疫磁性分离结合量子点荧光标记技术快速、灵敏检测培养液中单增李斯特菌，能检测纯培养液中浓度达2～3CFU/ml的单增李斯特菌。上海师范大学沈鹤柏等通过交联特定抗体的量子点与细菌进行特异性结合，从而识别并检测细菌，可检测的细菌包括沙门氏菌、大肠杆菌、单增李斯特细菌、副溶血弧菌、金黄色葡萄糖菌等。薛秀恒等利用水溶性量子点作为荧光标记对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌进行快速检测，检测细菌浓度的范围为102～107CFU/ml。武汉大学何治柯小组等制备了双色量子点免疫分析法同时测定人类肠病毒71型(EV71)和柯萨奇病毒(CVB3)，该方法对EV71、CVB3的检测限分别为0.42、0.39ng/mL。Krauss团队用链霉亲和素涂层的CdSe/ZnS量子点在磷酸盐缓冲溶液中检测食品中个别致病性大肠杆菌0157：H7。

5.毒素检测

美国Goldman研究小组使用一种重组蛋白作为QDs和抗体的偶联物生物素，通过静电作用完成对抗体的标记，应用该方法成功检测了葡萄球菌B型肠毒素的含量。李圆圆等建立了基于CdTe量子点标记二抗的间接竞争荧光免疫吸附测定方法检测花生中黄曲霉毒素B1，灵敏度和最低检测限值分别为0.023ng/m L和0.001ng/mL。杨淑金等分别采用巯基乙酸和谷胱甘肽作稳定剂, 水相合成CdTe量子点, 再包覆CdS 制备核壳型CdTe/CdS量子点。以碳二亚胺/N-羟基琥珀酰亚胺作交联剂将CdTe/CdS量子点标记到呕吐毒素抗体上, 然后用牛血清蛋白封闭抗体, 建立了一种新的呕吐毒素荧光免疫检测方法，已成功应用于小麦面粉样品中痕量呕吐毒素的测定。江南大学李响等成功合成CdTe发光量子点，以黄曲霉毒素B1(AFB1)、赭曲霉毒素A(OTA)作为模式分析物，将OTA适配子与Fe3O4磁性纳米粒子结合，CdTe发光量子点标记于OTA适配子互补短链上，结合荧光分析、适配子识别技术与磁分离富集技术，建立一种OTA的高特异性和灵敏性新型检测技术。