王詩(shī)睿 李露婧 羅童勻 程 楠

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，北京 100083）

當(dāng)前，國(guó)民生活水平的提升使人們對(duì)于食品安全問(wèn)題越發(fā)重視［1］。目前，我國(guó)食品安全檢測(cè)的主要依據(jù)是食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)［2］，其中化學(xué)法主要根據(jù)食品組成成分的化學(xué)性質(zhì)對(duì)食品質(zhì)量及安全進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)［3］，技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛［4］，但檢測(cè)效率較低，對(duì)試驗(yàn)環(huán)境和儀器要求較高，且有一定的毒害；儀器分析一般基于物質(zhì)性質(zhì)，利用專業(yè)的儀器進(jìn)行鑒定，具有便捷、準(zhǔn)確的特點(diǎn)［5］，可用于食品成分分析、添加劑和農(nóng)藥殘留檢測(cè)等［6］，但對(duì)儀器依賴程度高，檢測(cè)效率有待提升。近年也發(fā)展了許多新興的食品安全檢測(cè)技術(shù)，如紙基微型分析系統(tǒng)［7］，包括紙層析法、化學(xué)試紙、側(cè)流層析試紙條、紙基微流控分析裝置和合成生物學(xué)紙等，利用紙基表面識(shí)別元件與靶標(biāo)分子的識(shí)別反應(yīng)，將分析物的濃度轉(zhuǎn)化為光學(xué)、電化學(xué)或其他信號(hào)進(jìn)行定性、半定量或定量檢測(cè)［8-9］，雖具有簡(jiǎn)單便攜、成本較低優(yōu)勢(shì)，但存在靈敏度較低、易受污染、穩(wěn)定性較差等局限。

近年，DNA 介導(dǎo)的金屬納米材料因其易于合成與修飾、穩(wěn)定性高、生物相容性好、具有較高的靈敏度和選擇性等特性，成為應(yīng)用于生物傳感器的理想信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)元件，是研究的一大熱點(diǎn)［10］。常見(jiàn)可調(diào)控金屬材料包括Ag、Au、Pb、Pd、Cu、Se 以及Au-Ag、Pd-Au 合金和金屬氧化物等［11］，其中金納米顆粒（gold nanoparticles，AuNPs）是研究較多的DNA 修飾納米材料，也是較穩(wěn)定的金屬納米粒子之一，具有獨(dú)特的理化性質(zhì)和優(yōu)異的生物相容性等固有性質(zhì)［12］，性能優(yōu)良，能夠以高靈敏度和選擇性對(duì)超微量樣品進(jìn)行實(shí)時(shí)原位分析［13］，在構(gòu)建傳感器方面有較多優(yōu)秀的研究成果［14］。DNA 介導(dǎo)金納米材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于包括食品的重金屬、致病菌、農(nóng)藥、獸藥殘留檢測(cè)及生物毒素在內(nèi)的食品安全檢測(cè)領(lǐng)域［15］，且相關(guān)研究仍在不斷深入，力圖開發(fā)出更多有效的生物傳感器用于食品安全評(píng)估檢測(cè)。本研究綜述了DNA 調(diào)控金納米探針的機(jī)理、性質(zhì)及其在食品安全檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展，分析了不足與挑戰(zhàn)并進(jìn)行展望，以期為其在食品安全檢測(cè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供理論參考。

1 DNA調(diào)控合成金納米材料

1.1 種子介導(dǎo)生長(zhǎng)

納米顆粒（nanoparticles，NPs）的性質(zhì)與功能多取決于其形狀和表面結(jié)構(gòu)［16-17］。如何精確、可重復(fù)地調(diào)控納米材料結(jié)構(gòu)，控制其在生物傳感器中的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)能力，是決定檢測(cè)性能的關(guān)鍵。與物理、電化學(xué)和直接化學(xué)合成等方法相比，種子介導(dǎo)生長(zhǎng)是一種簡(jiǎn)單、有效地調(diào)控納米結(jié)構(gòu)的方法［18］。在種子介導(dǎo)生長(zhǎng)過(guò)程中，首先是確定納米晶體成核和生長(zhǎng)位點(diǎn)，后配體作為覆蓋劑指導(dǎo)納米晶體生長(zhǎng)。

配體可以吸附到NPs 的特定表面，從而影響前驅(qū)體的還原和擴(kuò)散效率以及膠體的穩(wěn)定性［19-20］，因此，可通過(guò)調(diào)整種子介導(dǎo)生長(zhǎng)過(guò)程中的覆蓋劑來(lái)調(diào)控納米結(jié)構(gòu)的大小、形狀和生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)特性。如Presnova 等［21］利用生物素標(biāo)記的DNA 與固定在微陣列上的捕獲寡核苷酸探針雜交，通過(guò)羥胺還原四氯金酸優(yōu)化了種子介導(dǎo)的AuNPs，得到的AuNPs 的平均尺寸是之前的4倍，經(jīng)過(guò)優(yōu)化的AuNPs 未來(lái)有望結(jié)合儀器和比色檢測(cè)，進(jìn)一步應(yīng)用到其他基于膜的核酸檢測(cè)技術(shù)中。隨著技術(shù)逐漸成熟，對(duì)AuNPs 的調(diào)控也有更大可能性，如Affi等［22］利用飛秒激光器合成了尺寸和形狀可調(diào)控的AuNPs（直徑從7.30改變至27.2 nm），該技術(shù)是NPs開發(fā)的一大突破，其中采用環(huán)保還原合成方式替代強(qiáng)還原劑也是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

1.2 DNA作為覆蓋劑的種子介導(dǎo)生長(zhǎng)

在種子介導(dǎo)生長(zhǎng)過(guò)程中，常見(jiàn)的覆蓋劑有亞硫酸鹽、檸檬酸鹽和表面活性劑（如十六烷基三甲基溴化銨等），已被用于合成納米材料［23-25］，但這些覆蓋劑官能團(tuán)數(shù)量及調(diào)控能力有限。近年研究發(fā)現(xiàn)，DNA 分子具有很大的作為覆蓋劑的潛力。

DNA 分子作為主要的遺傳學(xué)物質(zhì)，由兩條脫氧核苷酸鏈形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，外側(cè)的五碳糖和磷酸具強(qiáng)親水性，內(nèi)側(cè)的堿基對(duì)以氫鍵固定，使DNA 分子具有高度特異性的互補(bǔ)配對(duì)能力；DNA 具有高度的結(jié)構(gòu)可編程性、良好的生物相容性等特點(diǎn)［26-27］，可調(diào)控各結(jié)合靶點(diǎn)的電荷、大小、疏水性和結(jié)合方式，應(yīng)用前景廣闊；DNA 還具有熱敏感性，溫度高于DNA 的解鏈溫度時(shí)，氫鍵被破壞，雙鏈解開，因此DNA 在納米材料自驅(qū)動(dòng)組裝領(lǐng)域有一定應(yīng)用潛力［28］。

在后來(lái)的研究中，常用修飾后的DNA 分子作為覆蓋劑合成金納米材料。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，硫醇化DNA 較未修飾DNA 在序列通用性、吸附極性控制和吸附穩(wěn)定性等方面更加優(yōu)良［29］；吸附親和力大小表現(xiàn)為硫醇＞硫代磷酸酯（phosphorothioate，PS）＞腺嘌呤＞胸腺嘧啶，因此PS DNA 對(duì)序列的依賴性較小。Yin 等［30］研究開發(fā)了一種高階DNA 納米結(jié)構(gòu)-硫醇化寡核苷酸鏈（SHDNA-AuNPs）修飾球形AuNPs 作為“電源板”，與作為“插頭”的各種攜帶互補(bǔ)單鏈DNA 的DNA 納米結(jié)構(gòu)相連接，這種SH-DNA-AuNPs 介導(dǎo)的插件組裝技術(shù)為DNA 納米材料自組裝提供了新的可能，未來(lái)在納米材料的個(gè)性化合成上有很大發(fā)展空間。

1.3 DNA介導(dǎo)金納米粒子過(guò)程與機(jī)制

DNA 介導(dǎo)種子生長(zhǎng)的一般過(guò)程包括3 個(gè)步驟：首先，將預(yù)制好的種子引入生長(zhǎng)溶液，加入DNA 吸附在種子表面，降低表面能，并作為金屬生長(zhǎng)的模板；其次，加入還原劑將金屬離子前體轉(zhuǎn)化為原子；最后，金屬原子選擇性地沉積在種子的某些區(qū)域，產(chǎn)生不同的形態(tài)［31］。

1.3.1 DNA 和金納米材料作用 DNA 鏈雜交反應(yīng)是DNA-納米技術(shù)的基礎(chǔ)。DNA 分子的4 種堿基分別為腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T），不同的核苷酸之間依靠磷酸二酯鍵進(jìn)行共價(jià)連接，兩條DNA 單鏈依靠堿基對(duì)之間的氫鍵等弱相互作用力而反向結(jié)合。在熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)下，兩條互補(bǔ)的單鏈DNA 分子在適宜條件下能夠通過(guò)氫鍵、范德華力和靜電力互相作用發(fā)生自發(fā)雜交，人為對(duì)DNA 序列進(jìn)行編程可以控制DNA 的鏈雜交反應(yīng)。其中，堿基相互作用為主要作用力，電荷相互作用力保證了膠體穩(wěn)定性［32］。

1.3.2 還原和生長(zhǎng) DNA 吸附到金屬表面后，可加入檸檬酸鹽、抗壞血酸等還原劑，將金屬離子前體還原為原子，可通過(guò)還原劑的濃度或反應(yīng)活性來(lái)控制金屬生長(zhǎng)，以避免在溶液中重新形成其他金屬NPs。

在DNA 介導(dǎo)金納米的研究發(fā)展過(guò)程中，還原生長(zhǎng)的形狀也逐漸可控、多變（圖1）。2008 年，DNA 首次被用作表面配體，通過(guò)硫代DNA 介導(dǎo)AuNPs 作為模板來(lái)介導(dǎo)高穩(wěn)定性金納米花顆粒的形成［33-34］。2011 年，劉洪林等［35］將合成的4- 二甲基氨基毗吡啶（dimethylaminopyridine，DMAP）包覆的AuNPs 靜電自組裝到長(zhǎng)鏈的λ-DNA 上形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，制備了均勻、一致、具有高密度納米間隙熱點(diǎn)的活性基底。2012年，已有研究通過(guò)靶向定位目標(biāo)組織或細(xì)胞，在納米探針結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，加入治療基團(tuán)，形成診斷治療型納米探針，其中包括金納米星［36-37］。2016 年，Satyavolu 等［38］篩選了4 個(gè)同源寡核苷酸序列A10、G10、C10、T10，用于使用Pd 立方晶種合成Pd-Au 核殼結(jié)構(gòu)。A10 產(chǎn)生了菱形八面體形狀，C10 產(chǎn)生了立方八面體形狀，而G10 和T10 分別促進(jìn)了起伏結(jié)構(gòu)和核框架結(jié)構(gòu)。2017 年，Ma 等［39］首先利用DNA 分子組裝成金納米棒二聚體，成功利用上轉(zhuǎn)換納米粒子包圍的金納米棒二聚體之間的表面增強(qiáng)拉曼散射信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了活細(xì)胞中microRNA-21 的定量、原位成像檢測(cè)。2021 年，Hu 等［40］設(shè)計(jì)了一種用于高靈敏度蛋白質(zhì)生物標(biāo)志物檢測(cè)的創(chuàng)新型適配體表面增強(qiáng)拉曼光譜（surface-enhanced Raman spectroscopy，SERS）生物傳感器，其中包含SERS標(biāo)簽（報(bào)告標(biāo)記的Au納米橋納米間隙顆粒，Au NNPs）和新型磁性捕獲基質(zhì)（Ag 包被的FeO-AuNPs，Ag MNPs）。

圖1 DNA介導(dǎo)金納米材料生長(zhǎng)形狀發(fā)展Fig.1 Growth shape development of DNA-mediatedgold nanomaterials

研究證明，不同還原劑對(duì)吸附的DNA 分子親和力不同。Ding等［41］的試驗(yàn)對(duì)4種不同還原劑：檸檬酸鹽、葡萄糖、抗壞血酸鹽和4-（2-羥乙基）-1-哌嗪乙磺酸制備的AuNPs 進(jìn)行比對(duì)，通過(guò)觀察在520～530 nm 的表面等離激元峰吸光度相同時(shí)吸附DNA 的情況，發(fā)現(xiàn)檸檬酸鹽-AuNPs 對(duì)吸附的DNA 親和力、靈敏度更高。影響還原劑性質(zhì)的還有很多外在因素，如老化時(shí)間、溫度等，經(jīng)過(guò)6 個(gè)月的老化，檸檬酸鹽-AuNPs 膠體穩(wěn)定性、DNA 吸附效率、靈敏度均大幅度下降，且不耐高溫。

2 DNA調(diào)控合成金納米材料的性質(zhì)

2.1 識(shí)別特性

DNA 介導(dǎo)的金納米材料結(jié)構(gòu)識(shí)別特性增強(qiáng)。這是由于合成的膠體具有穩(wěn)定性，使DNA 的功能得以保留，最終獲得的納米粒子具有特定的識(shí)別能力，可以放大信號(hào)，特異性識(shí)別目標(biāo)，高度有序的金納米結(jié)構(gòu)也使其在生物傳感器中應(yīng)用廣泛。如Cheng等［42］對(duì)金電極上的CD63 適體修飾了DNA 四面體，被用作外泌體特異性捕獲的識(shí)別元件。部分互補(bǔ)的DNA 探針充當(dāng)連接捕獲的外泌體和3個(gè)DNA-AuNPs 信號(hào)探針的橋梁，形成了類似三葉草的結(jié)構(gòu)，從而解決其他AuNPs 聚集引起的識(shí)別和敏感性問(wèn)題。當(dāng)系統(tǒng)中存在癌性外泌體時(shí)，來(lái)自DNA-AuNPs 納米復(fù)合材料的亞甲基藍(lán)分子在電極表面的大量積累，導(dǎo)致強(qiáng)烈的電流信號(hào)，檢測(cè)限為1.0×103～1.0×108個(gè)·μL-1。

2.2 光學(xué)特性

2.2.1 局域表面等離子體共振 由于金屬粒子表面的自由電子在特定波長(zhǎng)的光下共振，金屬納米粒子如AuNPs 和AgNPs 等均表現(xiàn)出局域表面等離子體共振（localized surface plasmon resonance，LSPR）。LSPR 對(duì)金屬NPs的大小、形狀和介電環(huán)境都很敏感，但在某些區(qū)域難以精確調(diào)諧LSPR 峰。在光通信或激光調(diào)制等許多應(yīng)用中，金納米棒（gold nanorods，AuNR）必須與透明固體（例如聚合物、玻璃或晶體）結(jié)合。但Huang等［43］研究制備了在光通信窗口中具有縱向LSPR（LLSPR）波長(zhǎng)（1 450 nm）的0.23 mg AuNR 分散甲基硅樹脂，并由此發(fā)現(xiàn)AuNR-有機(jī)硅復(fù)合材料的高熱穩(wěn)定性（250 ℃煅燒10 h 后，樣品L-LSPR 峰保持在1 380 nm以上；非線性吸收系數(shù)被測(cè)量為-11.71 cm GW-1）優(yōu)于許多非線性材料，具有很大應(yīng)用前景。

2.2.2 表面增強(qiáng)拉曼光譜 SERS是生物分子檢測(cè)的常用技術(shù)。金屬粗糙表面或金屬NPs交界處的“熱點(diǎn)”區(qū)域的強(qiáng)電磁場(chǎng)導(dǎo)致信號(hào)增強(qiáng)。DNA介導(dǎo)的方法可以合成具有粗糙表面或顆粒間納米縫隙、具有納米結(jié)的不同納米材料，具有增強(qiáng)的SERS特性，靈敏度增加，適用于各種檢測(cè)目標(biāo)的生物傳感。各種等離子體之間的耦合對(duì)于SERS 的特性增強(qiáng)至關(guān)重要。Pillanagrovi等［44］研究開發(fā)了在共振金納米孔徑（resonant gold nanoapertures，NA）中組裝AuNPs的方式，使耦合介導(dǎo)的近場(chǎng)增強(qiáng)，并通過(guò)4-巰基苯甲酸（4-mercaphobenzoic acid，4-MBA）評(píng)估AuNP-NA 基板的SERS 潛力，發(fā)現(xiàn)與裸NA 模板相比，SERS 強(qiáng)度可提高10 倍，對(duì)于未來(lái)實(shí)現(xiàn)可調(diào)共振的低成本、高效等離子體基板具有很大啟發(fā)。

2.3 生物相容性

DNA 修飾的NPs 表面被DNA 生物分子功能化，這些分子與表面蛋白具有高親和力，因此具有更高的生物相容性，使修飾后的NPs 具有高效的細(xì)胞粘附能力和生物傳感、成像的特性。AuNR 在光動(dòng)力或光熱癌癥治療中的應(yīng)用已得到廣泛研究，但其聲敏特性相關(guān)研究較少。利用此特性，研究人員設(shè)計(jì)了多種DNA 介導(dǎo)的智能納米遞送系統(tǒng)來(lái)增強(qiáng)抗癌藥物的腫瘤靶向性，如Gu 等［45］設(shè)計(jì)的納米顆粒系統(tǒng)，由負(fù)載阿霉素（doxorubicin，DOX）的金納米顆粒（＜30 nm）和四面體DNA 納米結(jié)構(gòu)（＜25 nm）組成，隨著深入腫瘤過(guò)程中環(huán)境pH 值變化，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)編程性變化至10～20 nm，可深度滲透到腫瘤核心，從而實(shí)現(xiàn)良好的抗腫瘤功效和生物相容性，為開發(fā)用于抗癌治療的智能納米系統(tǒng)提供了新方向。

2.4 催化特性

部分金屬NPs（如Au、Ag、Pd 和Pt）具有優(yōu)異的酶樣催化活性，這類NPs 被稱為納米酶。納米酶的催化活性受形態(tài)影響，難以精確控制。通過(guò)DNA 介導(dǎo)可調(diào)整納米材料的催化效率和選擇性，使其靈敏度增強(qiáng)，在生物傳感、比色分析中具有更加廣泛的應(yīng)用前景。Khalil 等［46］研究表明，金納米棒（AuNRs）的催化效率很大程度上取決于縱橫比；改變HNO3濃度，AuNRs 的縱橫比從2.3增至4.6，后在生長(zhǎng)溶液中增至5.4；測(cè)試表明，對(duì)于相同的金含量，無(wú)論總表面積如何，具有較大高能側(cè)表面積的納米棒催化效果更明顯。

3 DNA 調(diào)控合成金納米材料在食品安全檢測(cè)中的應(yīng)用

3.1 檢測(cè)原理和手段

由于DNA 具有分子識(shí)別功能，DNA 適配體可以特異性結(jié)合各種分子，如蛋白質(zhì)、有機(jī)染料、金屬離子和小分子等，用于食品中生物和非生物類對(duì)象的檢測(cè)具有極大的優(yōu)勢(shì)。納米材料的DNA 定向形狀會(huì)影響其光學(xué)和催化性能［47］，例如，同時(shí)改變各向異性AuNRs的縱橫比和尺寸，可用于在很寬的范圍內(nèi)調(diào)整其局部表面等離子體共振（localized surface plasmon resonance，LSPR）［48］，或在納米間隙之間或納米內(nèi)部具有增強(qiáng)局部電磁場(chǎng)的DNA 修飾納米材料表現(xiàn)出增強(qiáng)的SERS 信號(hào)［49-50］。根據(jù)量子力學(xué)中的波粒二象性理論，量子點(diǎn)是納米級(jí)晶體材料，其性質(zhì)介于塊狀材料和離散原子之間。量子點(diǎn)的許多基本性質(zhì)取決于納米范圍內(nèi)材料的尺寸和晶體結(jié)構(gòu)［51］，量子點(diǎn)尺寸的變化會(huì)改變其峰值發(fā)射的顏色。這些零微納米結(jié)構(gòu)可以分別通過(guò)納米尺度上從小到大尺寸的變化，發(fā)出從藍(lán)色到紅色的可見(jiàn)光［52］。因此，該種基于分子相互作用的多功能技術(shù)多以比色法或電化學(xué)法為基礎(chǔ)，與LSPR［53］和SERS［54-56］原理結(jié)合，開發(fā)生物傳感器用于食品安全評(píng)估檢測(cè)。與傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)相比，DNA 功能化的金屬和金屬氧化物納米粒子具有高精度、高特異性、微智能、低成本等優(yōu)勢(shì)［57］，有廣泛的應(yīng)用前景。

3.2 應(yīng)用分類

3.2.1 生物類對(duì)象 食品檢測(cè)的生物類對(duì)象主要是微生物，包括沙門氏菌、李斯特菌、大腸桿菌等。細(xì)菌的多種表面相互作用和功能在細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)、宿主感染和菌落形成中起著重要作用［58］，為DNA修飾納米材料用于檢測(cè)識(shí)別提供了機(jī)會(huì)。Zhang 等［59］首次報(bào)道了以大腸桿菌和金黃色葡萄球菌為靶菌的SERS 平臺(tái)，用于在萬(wàn)古霉素和核酸適體雙重識(shí)別的基礎(chǔ)上同時(shí)檢測(cè)兩種致病菌。該雙識(shí)別平臺(tái)將萬(wàn)古霉素修飾的Fe3O4@Au 磁性納米粒子（Fe3O4@Au-Van MNPs）用于廣譜識(shí)別和高效細(xì)菌富集，以及適配體功能化的SERS標(biāo)簽，用于對(duì)真實(shí)標(biāo)本中的目標(biāo)細(xì)菌進(jìn)行特異性和靈敏的定量。Lu等［60］探索了一種DNA編程策略，即合成具有優(yōu)異催化和抗菌活性的各向異性啞鈴狀A(yù)u-Pt納米顆粒，可用于大腸桿菌O157∶H7 的根除和檢測(cè)，在95 min 內(nèi)具有強(qiáng)大的療效，并提供出色的線性檢測(cè)（10～107CFU·mL-1），檢測(cè)限為2 CFU·mL-1。Madkour等［61］開發(fā)了一種基于AuNPs的比色法用于檢測(cè)金黃色葡萄球菌SPA基因，檢測(cè)原理如圖2-A所示。物理化學(xué)分析結(jié)果表明，Au-Ns 的正確制備具有-13.42 mV 的Zeta電位和6～11 nm的粒徑范圍。此外，Au-Ns顯示出100% 的特異性，檢測(cè)限（detection limit，DL）為6 fg·μL-1，該方法在臨床與實(shí)驗(yàn)室研究中得到廣泛應(yīng)用。

圖2 金納米在食品安全檢測(cè)中的應(yīng)用Fig.2 Application of gold nanoparticles in food safety detection

3.2.2 非生物類對(duì)象 對(duì)于食品檢測(cè)的非生物類對(duì)象而言，主要是農(nóng)藥［62-63］、重金屬離子［64-65］、有害毒素［66-68］等。對(duì)于這些檢測(cè)對(duì)象，傳統(tǒng)檢測(cè)方法有氣相色譜法、高效液相色譜法（high-performance liquid chromatography，HPLC）、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（gaschromatography-mass spectrometry，GC-MS）等。上述方法雖具有良好的靈敏度和選擇性，但其應(yīng)用存在一些缺點(diǎn)，如樣品預(yù)處理方法復(fù)雜、高度依賴專業(yè)操作人員、耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)和設(shè)備昂貴。因此，DNA 介導(dǎo)金納米材料的應(yīng)用為非生物檢測(cè)技術(shù)發(fā)展提供了新的可能性。

3.2.2.1 農(nóng)藥 農(nóng)藥作為農(nóng)產(chǎn)品的保護(hù)傘在預(yù)防病蟲害方面發(fā)揮著重要作用［69］，但農(nóng)藥的不當(dāng)使用會(huì)引發(fā)害蟲抗性、非目標(biāo)毒性、持久性殘留等問(wèn)題，進(jìn)入人體后可能造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷［70］。DNA 介導(dǎo)的金納米結(jié)構(gòu)可控且多樣，將其應(yīng)用于農(nóng)藥檢測(cè)后，所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)不僅可以降低空間位阻，檢測(cè)的靈敏度與效率均可得到一定提高。如Yang 等［71］與Li 等［72］將四面體DNA 金納米結(jié)構(gòu)（Au-TDN）應(yīng)用于構(gòu)建電化學(xué)適體傳感器來(lái)檢測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥，以甲基對(duì)硫磷為例，檢測(cè)限分別可達(dá)3 pg·mL-1（信躁比S/N=3）、0.7 pg·mL-1，這為未來(lái)開發(fā)農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)裝置奠定了基礎(chǔ)。Shi等［73］開發(fā)了一種基于AuNPs@MWCNTs 和Au@AgNPs 的電化學(xué)適體傳感器，用于檢測(cè)農(nóng)藥丙溴磷（profenofos，PFF），該方案中的Au@AgNPs 起催化劑的作用，加速過(guò)氧化氫的分解，提高了電化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的效率，從而實(shí)現(xiàn)了輸出信號(hào)的二次放大，檢測(cè)的線性范圍為100～1×109fg·mL-1，檢測(cè)限為5.32 fg·mL-1。

3.2.2.2 重金屬離子與有害毒素 重金屬離子和有害毒素一般通過(guò)食物鏈系統(tǒng)在動(dòng)物和人體內(nèi)累積，可能嚴(yán)重?fù)p害黏液組織、腸道、骨骼、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、肝臟、腎臟和生殖系統(tǒng)。重金屬離子具有產(chǎn)生高反應(yīng)活性的化學(xué)實(shí)體的能力，例如產(chǎn)生一些可以引起脂質(zhì)過(guò)氧化、DNA 損傷、蛋白質(zhì)巰基氧化和其他作用的自由基［74］。Liu等［75］開發(fā)了一種基于雜交DNA-AuNPs水凝膠薄膜的比色生物傳感系統(tǒng)，通過(guò)引入Pb2+或UO22+的依賴性脫氧核糖核酸酶序列，應(yīng)用于Pb2+的比色檢測(cè)，其中DNA 酶結(jié)構(gòu)的離子選擇性激活觸發(fā)DNA-AuNPs水凝膠膜的降解和AuNPs 作為靈敏比色信號(hào)讀數(shù)的釋放，Pb2+的檢測(cè)限為2.6 nmol·L-1。該方法附著在便攜式玻璃基板上的響應(yīng)式水凝膠膜生物傳感系統(tǒng)，也促進(jìn)了生物傳感系統(tǒng)的長(zhǎng)期存儲(chǔ)，在未來(lái)對(duì)其他物質(zhì)的實(shí)際快速現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)應(yīng)用中可能具有巨大的潛力。為了使生物傳感器滿足便攜式應(yīng)用和長(zhǎng)期儲(chǔ)存的要求，Contreras-trigo 等［76］為檢測(cè)牛飼料中的AFB1，開發(fā)了一種基于AuNPs 的適體傳感器（圖2-B），可以用乙腈作為含AFB1飼料的萃取劑，首次允許從粗提取物中直接比色檢測(cè)AFB1（檢測(cè)限為5 μg·kg-1）。

4 結(jié)論與展望

本研究綜述了近年DNA 修飾金納米材料的研究進(jìn)展，包括合成機(jī)理、性質(zhì)變化及其在食品安全檢測(cè)中的應(yīng)用。DNA 介導(dǎo)的合成方法既方便又省時(shí)，還可以對(duì)NPs 的結(jié)構(gòu)和形態(tài)進(jìn)行一定調(diào)控。所制備的NPs 具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能，包括生物識(shí)別功能、催化活性以及光學(xué)特性SERS 和LSPR 性能，因此可以應(yīng)用于食品安全領(lǐng)域進(jìn)行生物或非生物靶標(biāo)的檢測(cè)。

盡管目前DNA 介導(dǎo)金納米的技術(shù)進(jìn)展較為可觀，但仍有不足。首先，截至目前，大多數(shù)研究只關(guān)注DNA 與單金屬的相互作用，多納米顆粒的開發(fā)情況較少，應(yīng)進(jìn)一步了解位點(diǎn)連接可能性與各位點(diǎn)連接后的相互影響效果，以滿足個(gè)性化金納米材料的設(shè)計(jì)與預(yù)測(cè)需求；另外，以往的研究大多集中在DNA 修飾NPs的制備和性質(zhì)上，仍需進(jìn)一步探索、優(yōu)化合成方法，減少副產(chǎn)物產(chǎn)生，使其在食品安全檢測(cè)中得到更廣泛應(yīng)用；同時(shí)，NPs 在體內(nèi)外均具有遺傳毒性，在調(diào)控結(jié)構(gòu)與應(yīng)用的過(guò)程可能會(huì)由于與環(huán)境或生物結(jié)構(gòu)的相互作用而改變其毒性［77］，因此，未來(lái)將NPs應(yīng)用于食品檢測(cè)時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步關(guān)注其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，并重視對(duì)其毒性的檢測(cè)和劑量的限制。