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基于荧光共振能量转移快速检测食品中的四环素

来源:无损检测 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2021-06-25

桂丽娟,梁紫璐,罗永文,等.基于荧光共振能量转移快速检测食品中的四环素类药物[J].食品研究与开发,2021,42(8):119-126.

GUI Lijuan,LIANG Zilu,LUO Yongwen,et al.Rapid Detection of Residues of Tetracyclines in Food Based on Fluorescence Resonance Energy Transfer Immunoassay[J].Food Research and Development,2021,42(8):119-126.

四环素类药物(tetracyclines,TCs)是一类天然或半合成的抗生素,对多种革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌具有良好的抑菌作用[1-2]。TCs是一种广谱抗生素,常用的包括金霉素、土霉素、四环素和强力霉素[3],因其成本低廉,已被广泛用于禽畜养殖业以预防和治疗疾病,还常添加在饲料中以达到促进生长的目的[4]。随着禽畜养殖业规模化,TCs的广泛和不规则使用,使得TCs的耐药现象日益严重,对动物和人类健康构成潜在的危害,如过敏、肠胃不适及牙齿色素沉着等[5-6]。因此,为了更好地监测TCs的使用和残留,有必要建立一种检测食品中残留TCs的有效方法。

食品中TCs的检测方法有高效液相色谱法[7-8]、液相色谱-串联质谱[9-10]、毛细管电泳[11-12]、酶联免疫检测法和其它生物免疫反应检测法等[13-14]。酶联免疫检测法因易受干扰、不够灵敏常导致结果不够准确[15],而高效液相色谱法和液相色谱-串联质谱等方法通常要求测试样品在处理之前首先被提取、纯化、浓缩和衍生化,比较复杂,费时费力且成本高,以及需要大型昂贵的仪器和专业的技术人员等[16-17],不利于快速、灵敏的检测目标物,因此,建立一种快速、灵敏和稳定的TCs检测方法对于食品安全和质量监测具有重要意义。

上转换发光纳米技术(upconversion fluorescence nanoparticles technology,UPNT)是一种基于上转换发光纳米颗粒(upconverting nanoparticles,UCNPs)的新技术,利用了反斯托克斯发光效应的原理[18-19],形成离子和离子之间的能量等级跃迁。UCNPs是一种新型的荧光材料,能够将长波激发光转换为短波发射光[20],不仅具有独特的光学和化学性质,还具有低毒性、低背景荧光和反斯托克斯位移等特性[21],被广泛用于医学生物学、生物成像、光动力治疗和食品安全等领域[22-24]。但是,由于UCNPs的表面没有亲水性和活性基团,仍不能扩展到某些生物分子的检测,无法与生物分子很好地结合及鉴定,而当UCNPs的结构或构象发生变化后,可作为能量供体用于荧光共振能量转移(fluorescence resonance energy transfer,FRET)[25-26]。FRET是一个非辐射过程,供体的荧光基团与受体的荧光基团的吸收光谱有一定的重叠时,出现荧光能量由供体向受体转移的现象,从而引起荧光淬灭[26-27]。为了提高FRET的效率和灵敏度,合适的能量受体也被需要,常见的能量受体包括贵金属纳米粒子、有机染料和半导体纳米材料等[27-28],其中金纳米颗粒(gold nanoparticles,GNPs)因具有良好的荧光淬灭能力被广泛应用[29]。基于UCNPs和GNPs所构建的FRET体系已被用于检测各种目标物[30-31],但用于检测食品中TCs的研究仍然有限[32]。因此,本文尝试利用UCNPs和GNPs构建FRET模型,通过荧光淬灭的恢复程度对牛奶中的TCs进行定量检测。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

氧化钇(99.99%)、氧化镱(99.99%)、氧化铒(99.99%)、氢氧化钠(NaOH)、氟化钠(NaF)、柠檬酸钠、正硅酸乙酯(tetraethyl orthosilicate,TEOS)、3-氨丙基三乙氧基硅烷(3-amino propyltriethoxysilane,APTES)、正丙醇、无水乙醇(均为分析纯):国药集团化学试剂有限公司;氯金酸(HAuCl4,Au≥47.5%)、聚乙烯吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone,PVP,平均分子量 58 000)、三羟甲基氨基甲烷(Tris)、溴化钾压片、硼氢化钠(NaBH4,99%)、牛血清白蛋白(bovine serum albumin,BSA,生物试剂)、戊二醛(25%,生物试剂):上海阿拉丁生化科技股份有限公司;四环素类药物抗体(TCs Ab,-20℃保存)、四环素类抗原(TCs Ag-BSA,-20℃保存)、四环素(tetracycline,TC)、强力霉素(doxycycline,DO):美国 Sigma-Aldrich 公司;0.01 mol/L 磷酸盐缓冲溶液(phosphate buffered saline,PBS):广东药科大学食品科学学院食品楼204实验室自制。

1.2 主要仪器和设备

XD-2X/M4600型号X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD):北京普析通用仪器有限公司;Nova Nano SEM 430场发射扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM):荷兰 FEI公司;JEM-2100F型号透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM):日本电子株式会社;TRIAX 320光谱仪(配备有R928光电倍增管探测器):法国HORIBA Jobin Yvon公司;976 nm激光二极管:美国Coherent Corp公司;UV-2100紫外分光光度计:日本Shimadzu公司;Nicolet iS5傅立叶变换红外光谱仪:美国Thermo Fisher公司。