喬敏

摘 要：食品安全是保障民生安全、社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展的重要問題，而食品安全檢測是確保食品安全和食品質(zhì)量的關(guān)鍵。食品安全檢測重要包括對(duì)食品中致病微生物、農(nóng)藥殘留、有毒有害物質(zhì)等的檢測。近幾年來，三聚氰胺、瘦肉精、蘇丹紅等引發(fā)食品安全問題的事件頻發(fā)，精確可靠的檢測手段成為目前食品安全方面最為關(guān)注的問題?；诩{米材料的生物傳感器具有高靈敏、高通量的優(yōu)勢，因此，文中提出一種基于納米材料的生物傳感器，用于檢測三聚氰胺的含量，為食品安全檢測領(lǐng)域的發(fā)展提供方向。

關(guān)鍵詞：納米材料;生物傳感器;食品安全檢測

中圖分類號(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2021）09-0072-03

Research on the Application of Biosensors Based on Nanomaterials in Food Safety Detection

Qiao Min

（Jining Quality Metrology Inspection and Testing Institute， Jining 272100， China）

Abstract：Food safety is an important issue to ensure the safety of peoples livelihood and the stable development of society. Food safety testing is the key to ensuring food safety and food quality. Food safety detection mainly includes the detection of pathogenic microorganisms， pesticide residues， toxic and harmful substances in food. In recent years， food safety incidents caused by melamine， clenbuterol and Sudan red have occurred frequently. Accurate and reliable detection methods have become the most concerned issue in food safety. Biosensors based on nanomaterials have the advantages of high sensitivity and high throughput. Therefore， the paper proposes a biosensor based on nanomaterials to detect the content of melamine， which provides a direction for the development of food safety detection.

Key words：nanomaterials; biosensors; food safety detection

0 引言

“民以食為天”，食品是人類進(jìn)行一切生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。“食以安為先”，食品的安全問題直接關(guān)系到人類的健康和安全，甚至對(duì)于和諧社會(huì)的構(gòu)建、國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都有較大的影響。近幾年來，由食品安全問題引發(fā)的惡性事件頻發(fā)，重金屬元素的嚴(yán)重超標(biāo)、致病菌微生物的污染、食品添加劑的過量添加、化學(xué)試劑殘留、農(nóng)藥殘留等等問題引發(fā)了一系列嚴(yán)峻的食品安全問題，造成的危害和損失不可估量。為了滿足社會(huì)對(duì)于食品安全風(fēng)險(xiǎn)控制的需求，用于快速、靈敏、精確檢測食品中化學(xué)試劑、添加劑、農(nóng)藥殘留等技術(shù)的開發(fā)和研究變得十分迫切。

針對(duì)食品安全問題，世界各國建立了相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)和分析方法。食品安全相關(guān)的分析方法包括生物鑒定法、化學(xué)分析發(fā)、儀器分析法、活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)等等，這些方法雖然穩(wěn)定性較好，分析結(jié)果相對(duì)可靠，但是操作較為繁瑣、靈敏性較差，因此急需開發(fā)研究可快速、靈敏、精確檢測的相關(guān)技術(shù)。近幾年來，科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展使得生物傳感技術(shù)逐漸進(jìn)入人們的視野，尤其是在食品安全領(lǐng)域，將其與材料科學(xué)、電化學(xué)、生物學(xué)等相關(guān)學(xué)科技術(shù)有機(jī)融合，可以發(fā)揮其綠色、安全、高效、精確等優(yōu)異的檢測性能。本文中結(jié)合納米材料技術(shù)提出了一種量子點(diǎn)熒光淬滅的生物傳感器用于食品安全檢測中，主要用于檢測食品中三聚氰胺的含量。熒光量子點(diǎn)的生物相容性、穩(wěn)定性等都較好，而且在其表面進(jìn)行親水性基團(tuán)的修飾便可大幅提高其水溶性，擴(kuò)展其應(yīng)用范圍。利用胸腺嘧啶與三聚氰胺進(jìn)行特異性的三氫鍵結(jié)合的特性，將其標(biāo)記在熒光量子點(diǎn)的表面，使其與三聚氰胺發(fā)生特異性反應(yīng)從而使熒光量子點(diǎn)發(fā)生團(tuán)聚，進(jìn)一步引發(fā)熒光淬滅。當(dāng)被檢測體系中含有不同濃度的三聚氰胺時(shí)，通過測定熒光的強(qiáng)度進(jìn)一步確定三聚氰胺的含量。

1 實(shí)驗(yàn)原理

本文中所提及的生物傳感器的作用原理主要是，以標(biāo)記胸腺嘧啶的熒光量子點(diǎn)作為熒光探針，利用其團(tuán)聚后會(huì)發(fā)生熒光淬滅的現(xiàn)象對(duì)三聚氰胺進(jìn)行定量檢測具體過程如下所述。先用EDC熒光量子點(diǎn)表面的羧基，再與胸腺嘧啶進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng)，從而將胸腺嘧啶標(biāo)記在熒光量子點(diǎn)表面。在對(duì)食品樣品進(jìn)行檢測時(shí)，如果食品中含有三聚氰胺，則熒光量子點(diǎn)表面的胸腺嘧啶會(huì)與其發(fā)生特異性的三氫鍵結(jié)合，使熒光量子點(diǎn)發(fā)生團(tuán)聚，熒光淬滅，熒光強(qiáng)度減弱，根據(jù)熒光強(qiáng)度的變化確定食品樣品中三聚氰胺的含量。該種方法檢測時(shí)抗干擾性較強(qiáng)，另外由于熒光發(fā)光檢測的靈敏度較強(qiáng)且背景較弱，因此，在檢測三聚氰胺時(shí)具有較高的靈敏度。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)試劑。表面修飾有巰基乙酸的熒光量子點(diǎn)（CdSe/ZnS），胸腺嘧啶，N-乙基-N'-（3-二甲基氨基丙基）碳二酰亞胺（EDC），15mm的硼酸緩沖液，奶粉，純凈水等。

實(shí)驗(yàn)儀器。日立F-7000熒光分光光度計(jì)、Delta320pH計(jì)、貝克曼超速離心機(jī)等。

2.2 熒光量子點(diǎn)與胸腺嘧啶偶聯(lián)反應(yīng)

在避光的環(huán)境中，向離心管中加入適量的熒光量子點(diǎn)和N-乙基-N'-（3-二甲基氨基丙基）碳二酰亞胺（EDC），活化10min之后，再向離心管中加入一定量的胸腺嘧啶，混合均勻后，在室溫條件下靜置12h，使其充分反應(yīng)。隨后將離心管中的混合溶液轉(zhuǎn)移到離心管中，于5000r/min的轉(zhuǎn)速在離心機(jī)上離心8min。去掉上層濾液，加入一定量的硼酸緩沖溶液，待溶解后繼續(xù)離心，取出上層清液，并轉(zhuǎn)移至經(jīng)滅菌處理的離心管中，于4℃環(huán)境下避光保存，即熒光量子點(diǎn)生物傳感器。

2.3 三聚氰胺的檢測

取適量的上述溶液，分別與不同濃度的三聚氰胺標(biāo)準(zhǔn)溶液混合均勻，待反應(yīng)15min后，取適量的溶液測定其熒光強(qiáng)度。

3 結(jié)果和討論

3.1 緩沖液pH 值和反應(yīng)時(shí)間的優(yōu)化

為了避免硼酸緩沖溶液的酸堿性對(duì)熒光量子點(diǎn)生物傳感器的影響，在進(jìn)行檢測之前，先通過實(shí)驗(yàn)確定了硼酸緩沖溶液不同pH值時(shí)熒光量子點(diǎn)生物傳感器的熒光強(qiáng)度。固定熒光量子點(diǎn)生物傳感器的濃度，然后選取不同pH值的硼酸緩沖溶液進(jìn)行熒光強(qiáng)度的測定，硼酸緩沖溶液的pH值分別選取5、6、7、8、9，得到如圖1所示的結(jié)果。

由圖1中可以看出，硼酸緩沖溶液會(huì)影響熒光量子點(diǎn)生物傳感器的熒光強(qiáng)度，在其pH值為7時(shí)，熒光量子點(diǎn)生物傳感器的熒光強(qiáng)度最大，因此，在本文實(shí)驗(yàn)中所采用的硼酸緩沖溶液的pH值為7。

另外，避免因反應(yīng)時(shí)間的長短對(duì)檢測準(zhǔn)確度的影響，在檢測前還進(jìn)行了熒光量子點(diǎn)生物傳感器與三聚氰胺不同反應(yīng)時(shí)間后的熒光強(qiáng)度變化實(shí)驗(yàn)，得到如圖2所示的結(jié)果。

如圖2可知，隨著時(shí)間的變化，熒光量子點(diǎn)生物傳感器的熒光強(qiáng)度基本無變化，因此，可以判斷，反應(yīng)時(shí)間對(duì)熒光量子點(diǎn)生物傳感器的檢測效果沒有影響，說明熒光量子點(diǎn)生物傳感器與三聚氰胺的反應(yīng)速度較快，不會(huì)受到時(shí)間的影響。

3.2 熒光量子點(diǎn)生物傳感器的分析性能

圖3所示為熒光量子點(diǎn)生物傳感器在檢測不同三聚氰胺濃度的樣品時(shí)所表現(xiàn)出的熒光強(qiáng)度變化曲線。

由圖3中曲線可以看出，隨著樣品中三聚氰胺含量的增多，熒光量子點(diǎn)生物傳感器的熒光強(qiáng)度逐漸減弱，發(fā)生熒光淬滅現(xiàn)象。從熒光量子點(diǎn)生物傳感器的熒光強(qiáng)度隨三聚氰胺濃度變化關(guān)系上來看，在三聚氰胺濃度C為5～1000μmol/L的濃度范圍內(nèi)，熒光量子點(diǎn)生物傳感器的熒光強(qiáng)度與三聚氰胺濃度的對(duì)數(shù)呈現(xiàn)出一定的線性關(guān)系，具體的關(guān)系曲線如圖4所示。

熒光量子點(diǎn)生物傳感器的熒光強(qiáng)度I（A）與三聚氰胺濃度C的線性回歸方程為：

I（A）=1516.60-359.95 log（C ）

線性回歸方程的相關(guān)系數(shù)為0.998，表明熒光量子點(diǎn)生物傳感器的熒光強(qiáng)度與三聚氰胺濃度具有較好的線性關(guān)系。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了確定熒光量子點(diǎn)生物傳感器檢測三聚氰胺的精確性，本文中通過向不含三聚氰胺的奶粉中加入不同質(zhì)量的三聚氰胺標(biāo)準(zhǔn)物的方法進(jìn)行驗(yàn)證，待測樣品中三聚氰胺的理論濃度分別為50μmol/L、100μmol/L、200μmol/L、500μmol/L、1000μmol/L。通過熒光量子點(diǎn)生物傳感器檢測得到如表1所示的檢測結(jié)果。

由表1中的數(shù)據(jù)可知，熒光量子點(diǎn)生物傳感器檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性在90%～96%范圍內(nèi)，說明檢測結(jié)果較為可靠，證明熒光量子點(diǎn)生物傳感器可以用于食品樣品中三聚氰胺含量的檢測中，且檢測結(jié)果的可靠性較強(qiáng)。

5 結(jié)語

科技水平的提高以及人民生活水平的提高對(duì)于食品安全檢測技術(shù)都提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)的檢測方法在檢測時(shí)間、準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性方面都有所欠缺，因此難以達(dá)到現(xiàn)在對(duì)檢測的要求標(biāo)準(zhǔn)。近幾年來，納米材料的發(fā)展使納米材料技術(shù)逐漸成熟，納米材料技術(shù)在眾多領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)中都發(fā)揮了巨大的優(yōu)勢，解決了一些列其他技術(shù)難以攻克的問題。尤其是其在檢測領(lǐng)域中，將納米材料技術(shù)與檢測技術(shù)相結(jié)合，可以產(chǎn)生多種檢測時(shí)間短、準(zhǔn)確度高、靈敏性和穩(wěn)定性均較好的檢測方法，進(jìn)一步改善檢測技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀。熒光量子點(diǎn)生物傳感器結(jié)合了納米材料技術(shù)，將其用于食品中三聚氰胺的檢測，檢測速度快、穩(wěn)定性好，且通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)于食品安全的保障具有重要意義。

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