□ 王青華 齊善厚 衡水學(xué)院 耿春輝 范桂強 衡水市食品藥品檢驗檢測中心

食品基質(zhì)復(fù)雜多樣，在加工、儲存、運輸和銷售過程中，食品會產(chǎn)生或累積對人體健康不利的物質(zhì)，如農(nóng)藥殘留、重金屬、激素以及非法添加的物質(zhì)等。這些物質(zhì)即使是微量甚至是痕量也會對人體造成嚴重的危害。近年來，食品安全事件頻頻發(fā)生，引發(fā)了人們對于食品安全問題的廣泛關(guān)注。食品安全是關(guān)系國計民生的重大問題，食品安全檢測越來越重要，因此，需要在食品檢測方面建立高效、快速、高靈敏度的檢測方法以保障國家的食品安全。

隨著納米技術(shù)的飛速發(fā)展，涌現(xiàn)出許多具有特異識別性能的新型納米材料，提高和改進了許多物質(zhì)的分析檢測方法和水平?；诩{米材料量子點的分子印跡熒光傳感技術(shù)可以實現(xiàn)對食品中微量甚至是痕量目標分析物的快速、高靈敏、特異性檢測?；诹孔狱c構(gòu)建的傳感系統(tǒng)是近幾年發(fā)展起來的一種新型食品安全檢測方法，具有很大的應(yīng)用潛力。

量子點（Quantum dots，QDs）是準零 維（Quasi-zero-dimensional）的 熒 光納米晶體，在三個維度上的尺寸均在1～100 nm，量子點一般是由元素周期表中Ⅱ—Ⅵ族（CdS、ZnSe、CdTe、CdSe、HgS等）或者Ⅲ—Ⅴ（如InP、InAs等）族元素組成的半導(dǎo)體材料，又叫半導(dǎo)體納米晶體（Nanocrystals，NCs）。又由于其物理尺寸小于其自身激子的波爾半徑（原子旋轉(zhuǎn)軌道的第一圈半徑），因此將量子點界定為顆粒[1]。量子點具有優(yōu)良的光學(xué)性能，如發(fā)射峰可調(diào)且?guī)遁^窄、光穩(wěn)定性優(yōu)良、熒光量子產(chǎn)率高和生物相容性良好[2]等，被廣泛應(yīng)用于食品、環(huán)境以及醫(yī)藥等分析檢測領(lǐng)域。

分子印跡聚合物（Molecule imprinting polymers，MIP）是一種根據(jù)鎖鑰原理人工合成的具有強特異性的新型高分子材料，也被稱為“分子烙印”。抗原和抗體組成的特異性的天然生物識別體系中，抗原和抗體都是蛋白，具有穩(wěn)定性差，成本高，易受外界物理化學(xué)條件影響等缺點，在應(yīng)用上具有很大的局限性，為了改進這些弊端，根據(jù)抗原抗體特異識別的原理而發(fā)明了分子印跡技術(shù)。分子印跡聚合物具有不受外界條件的影響、穩(wěn)定性強、制備簡單和成本低等優(yōu)點，近年來在物質(zhì)分離和分析檢測等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[3]。

近些年來，許多研究者們將分子印跡的特異識別性與熒光檢測的高靈敏度相結(jié)合制備了分子印跡熒光傳感器。該傳感器與傳統(tǒng)的生物傳感器相比，除了具有良好的選擇性和識別性、高的靈敏性，還具有良好的機械穩(wěn)定性和檢測成本低、檢測時間短等優(yōu)點，因此將分子印跡技術(shù)和量子點聯(lián)用構(gòu)建分子印跡熒光傳感體系已成為食品安全、環(huán)境檢測和公共衛(wèi)生等領(lǐng)域研究的熱點。

本研究將對量子點在食品方面的應(yīng)用及將量子點和分子印跡技術(shù)聯(lián)用在食品中的應(yīng)用進行綜述。

1 量子點在食品科學(xué)方面的應(yīng)用

量子點在生物科學(xué)方面的應(yīng)用已經(jīng)日趨成熟和完善，近年來科學(xué)家們開始研究量子點在食品科學(xué)方面的應(yīng)用，量子點在食品科學(xué)方面將具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1.1 食源性病原菌的監(jiān)測

量子點在食品科學(xué)方面的重要應(yīng)用是檢測食源性致病菌（如大腸桿菌和李斯特菌屬）。研究者探索了利用量子點作為熒光標記物，同時檢測大腸桿菌O157:H7和鼠傷寒沙門氏菌[4]的方法。后來Wang 等[5]報道了可用量子點檢測多種屬細菌（大腸桿菌屬和李斯特菌屬），在3類病原菌中，利用量子點可以分離和檢出85%以上的病原菌。

目前，絕大多數(shù)的研究是將量子點與抗體結(jié)合作為識別原件，對抗原進行特異性識別。近幾年科學(xué)家又研發(fā)出一種新的方法，將寡核苷酸微陣列與量子點結(jié)合作為熒光標記物，根據(jù)核苷酸的配對原則，成功區(qū)分和檢測微生物，此方法具有很強的特異性、穩(wěn)定性和靈敏性[6]。

1.2 蛋白追蹤

蛋白質(zhì)是食品的重要組成部分，它在保持食品營養(yǎng)和食品結(jié)構(gòu)方面發(fā)揮著巨大的作用。面筋決定面團的彈性和粘性，從而決定整個面團的質(zhì)量。要使面團具有良好的彈性，需要對面團中的面筋進行研究和控制，傳統(tǒng)的研究面筋的方法是從面團里提取出面筋后再研究測定，但這樣的研究方法存在一定的局限性，因為面筋脫離了本來的組織狀態(tài)，很難做到實質(zhì)性的研究，因此研究者提出了用量子點追蹤蛋白質(zhì)，這樣可以在固有組織中研究面筋的存在狀態(tài)和分布情況[7—9]，在此方面的研究應(yīng)用將是食品科學(xué)領(lǐng)域的一大研究主題，將具有很大的發(fā)展空間。

1.3 其他應(yīng)用

1.3.1 風(fēng)味化合物—香草醛的檢測

科學(xué)家們正在不斷開拓量子點新的應(yīng)用領(lǐng)域，比如用β—環(huán)糊精（β—CD）修飾的CdSe/ZnS量子點構(gòu)建檢測食品中香草醛的光學(xué)傳感器[10]。在本研究中，香草醛傳感器是基于香草醛和β—環(huán)糊精主客體間選擇性相互作用的原理發(fā)明的。β—環(huán)糊精結(jié)合到CdSe/ZnS量子點上，使量子點表面有大量的結(jié)合位點，從而可以很好地與香草醛結(jié)合。

1.3.2 三聚氰胺的檢測—三聚氰胺傳感器

三聚氰胺的檢測，除了傳統(tǒng)的方法外，科學(xué)家們研發(fā)了一種新的方法，該方法基于第二代抗體耦合量子點，又稱為快速靈敏的間接競爭性熒光—結(jié)合免疫吸附測定（iCFLISA），這種方法有更低的檢出限（3.88 ng·mL—1），普通的 ELISA 方法的檢出限為 ng·mL—1[11]。

1.3.3 過氧化氫H2O2的檢測

近年來，有研究者用由羧甲基纖維素包覆的量子點作為熒光探針鑒定過氧化氫是否存在?？梢杂糜诖_定和保持牛奶和鈣片中過氧化氫的量[12]。

1.3.4 檢測農(nóng)藥和殺蟲劑

量子點也可用來檢測蔬菜中殘留的有機磷農(nóng)藥，有文獻報道了[13]基于核殼型的水溶性量子點CdTe/CdS，建立了一種選擇性和靈敏性都很高的毛細管電泳法，該方法可用于檢測有機磷農(nóng)藥（比如速滅磷、伏殺硫磷、甲巰咪唑和二嗪磷等）。

2 基于量子點的分子印跡熒光傳感體系在食品安全檢測方面的應(yīng)用

自1998年Alivisatos等人[14]和Nie等人[15]進行開創(chuàng)性研究以來，基于QDs的熒光化學(xué)傳感體系的構(gòu)建激發(fā)了各方面研究者的極大興趣。當(dāng)前，將QDs的光學(xué)特性與分子印跡聚合物的特異識別性相結(jié)合制備分子印跡熒光傳感材料，可實現(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境條件下對目標物的高靈敏度和高選擇性的分析檢測，成為時下熱門的研究方向。

2.1 檢測小分子物質(zhì)

研究者們利用量子點和分子印跡聯(lián)用技術(shù)實現(xiàn)了對爆炸物、農(nóng)獸藥殘留及環(huán)境污染物等方面的檢測。

Xu[16]課題組選用三硝基酚（TNP）作為假模板，通過溶膠—凝膠過程合成了用CdTe量子點包裹的分子印跡聚合物（DMIP@QDs），構(gòu)建了熒光傳感體系，基于電荷轉(zhuǎn)移熒光猝滅機制實現(xiàn)了對2，4，6—三硝基甲苯（TNT）的檢測。

Zhou等[17]合成了基于石墨烯量子點（GODs）的分子印跡熒光傳感器，用于檢測水樣品中的硝基酚（4—NP）。采用水熱法合成了SiO2@GODs，然后加入功能單體APTES和交聯(lián)劑TEOS，在SiO2@GODs表面可以合成一層MIPs。測定基本原理為電子從GQDs（供體）到目標分子4—NP（受體）時，發(fā)生能量共振轉(zhuǎn)移，當(dāng)4—NP分子重新回到印記空穴時，GQDs的熒光發(fā)生猝滅現(xiàn)象。用該分子印跡熒光傳感器檢測4—NP 時，在0.02～3.00 μg·mL—1的范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好的線性，其檢測限為 9.00 ng·mL—1。

Liu等[18]對豬肉樣品中的萊克多巴胺進行了快速、靈敏的檢測，通過功能單體與模板分子的合理組裝，在熒光納米材料量子點表面采用溶膠—凝膠一步聚合法構(gòu)建了新型分子印跡熒光傳感體系，成功實現(xiàn)了對萊克多巴胺的靶向性和快速熒光傳感檢測，并進一步探索了分子印跡熒光傳感體系的分子識別機理。該研究不僅為萊克多巴胺的快速檢測提供了新的思路，促進了分子印跡熒光傳感體系在食品科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，而且開發(fā)了一種快速的分析檢測方法，從而為食品中其他小分子的檢測方法的開發(fā)提供了一種思路。

QU等[19]研究了螨胺磷和啶蟲脒的檢測。原理如下：螨胺磷可選擇性猝滅游離的CdTe量子點，利用磺化杯芳烴在水溶液中可通過SO3－基團連接到量子點表面的原理，將復(fù)合物逐漸吸收到量子點表面。啶蟲脒可選擇性地增強QDs的熒光強度，具有濃度依賴性。螨胺磷和啶蟲脒的檢出限分別1.2×10—8mol/L 和 3.4×10—8mol/L。

2.2 檢測蛋白等生物大分子

自20世紀90年代開始，熒光分子印跡傳感材料多用于小分子檢測方面，但在蛋白等大分子的檢測方面很少應(yīng)用，傳統(tǒng)的蛋白檢測是借助抗體來實現(xiàn)的，但此方法存在成本高、提取困難、受環(huán)境等條件因素的影響比較大的缺點，為了克服以上缺點，研究者們逐漸開發(fā)了合成蛋白質(zhì)分子印跡聚合物，非常適合代替抗體。將其連接到納米顆粒，如量子點、點等熒光納米材料上，可以實現(xiàn)對蛋白質(zhì)的快速檢測。

Zhang等[20]基于電子轉(zhuǎn)移的熒光猝滅機理，以CdTe量子點作為熒光材料，SiO2納米粒子為支撐體，通過溶膠—凝膠法在核殼型SiO2@QDs微球表面沉積合成一層MIPs，然后通過有機溶劑去除模板分子藻藍蛋白和致孔劑十六烷基三甲基溴化銨（CTAB），從而制得具有核殼結(jié)構(gòu)的分子印記熒光傳感器，并成功進行了藻藍蛋白的檢測。Zhang課題組還通過溶膠凝膠法制備了基于CdTe量子點的分子印跡聚合物，并將其用于細胞色素C的檢測[21]。

此外，有許多研究者將量子點和分子印跡技術(shù)用于毒素方面的研究，F(xiàn)ang等[22]首次將量子點分子印跡聚合物熒光傳感體系用于玉米赤霉烯酮毒素的檢測。

3 展望

國內(nèi)外研究者將量子點獨特的光學(xué)特性與分子印跡技術(shù)的高特異性相結(jié)合，并在食品安全及其他領(lǐng)域進行目標物的簡便快速檢測，奠定并提供了快速靈敏檢測食品中多種物質(zhì)的方法，但仍需要進一步深入探討，如量子點與目標物結(jié)合引起的熒光變化的機理目前還未進行深入探討，具體可以從以下幾個方面進行深入研究。

①從分子角度研究不同單體和多單體對模板分子的作用機制，深入探討分子印跡傳感器對特定模板分子的選擇性，從而拓展分子印跡聚合物的種類和應(yīng)用。②進一步深入研究分子印跡熒光傳感器與靶向分子之間的熒光作用機理，可運用熒光光譜學(xué)、分子動力學(xué)等相關(guān)輔助實驗和原理，闡明熒光強度的變化與目標分子濃度、作用時間、溫度等變量的關(guān)系。③開發(fā)更安全、環(huán)保且熒光性能優(yōu)異的量子點熒光納米材料作為傳感器的熒光元件，提高分子印跡傳感器的實際應(yīng)用價值。