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      納米顆粒標(biāo)記可視化試紙條在農(nóng)藥殘留篩查中的研究進(jìn)展

      2017-09-09 10:30:16劉復(fù)新豆小文楊志欣李倩駱驕陽范卓文楊美華
      中國中藥雜志 2017年16期
      關(guān)鍵詞:快速檢測農(nóng)藥殘留中藥

      劉復(fù)新+++豆小文++楊志欣 李倩 駱驕陽 范卓文 楊美華

      1*

      [摘要]農(nóng)藥殘留嚴(yán)重影響中藥的質(zhì)量安全,國內(nèi)外對于農(nóng)藥殘留情況也愈加關(guān)注。農(nóng)殘快速檢測技術(shù)可以用于現(xiàn)場快速篩查,發(fā)展迅速,尤其是納米顆粒標(biāo)記可視化試紙條作為近年來發(fā)展迅速的快速檢測方法之一,備受關(guān)注。該文系統(tǒng)綜述了用于小分子農(nóng)殘檢測的試紙條分類和研制的關(guān)鍵影響因素,并通過單殘留檢測、多農(nóng)殘篩查、定量儀分析和新型納米試紙條在農(nóng)殘檢測的應(yīng)用實(shí)例探討了農(nóng)殘試紙條的研究進(jìn)展,并對可視化試紙條在中藥農(nóng)殘檢測中的應(yīng)用進(jìn)行了展望,旨在為中藥產(chǎn)業(yè)農(nóng)殘快速檢測技術(shù)的發(fā)展提供參考。

      [關(guān)鍵詞]農(nóng)藥殘留;納米顆粒;快速檢測;試紙條;中藥

      Advances on nanoparticlestagged visual test strips for the

      rapid detection of pesticides

      LIU Fuxin1,2, DOU Xiaowen1, YANG Zhixin2, LI Qian1, LUO Jiaoyang1, FAN Zhuowen2*, YANG Meihua1*

      (1. Key Laboratory of Bioactive Substances and Resources Utilization of Chinese Herbal Medicine, Ministry of Education,

      The Institute of Medicinal Plant Development, Chinese Academy of Medical Sciences & Peking Union

      Medical College, Beijing 100193, China;

      2 College of Pharmacy, Heilongjiang University of Chinese Medicine, Harbin 150040, China)

      [Abstract]The residue of the pesticides affects seriously the quality and safety of traditional Chinese medicine Pesticide residue has caused evergrowing attention of people at home and abroad Rapid detection techniques used for rapid screening of pesticide residues have expanded in a fast progress As one of the fast development methods of rapid detection, visualization test strip based on nanoparticle has received much concern in recent years This article focused on the classification of detection test strips and key factors on the fabrication of nanoparticlebased visualization test strips used in small molecule pesticides Moreover, a wide application of nanoparticlestagged test strips on pesticide residue was reviewed including single residue detection, multi residue detection, as well as quantitative analysis Finally, the future application of visual test strip for detecting of pesticide residues in traditional Chinese medicine was forecasted, intending to provide the reference for rapid detection techniques on pesticide residues screening in herbal medicine industry.

      [Key words]pesticide residue; nanoparticle; rapid detection; test strip; traditional Chinese medicine

      近年來,隨著農(nóng)藥使用量的逐漸增多,中藥材中農(nóng)藥污染問題越來越受到國內(nèi)外廣泛的關(guān)注[1]。中藥材中的農(nóng)藥殘留以有機(jī)磷、有機(jī)氯、擬除蟲菊酯類為主[23],其檢測方法以氣相、氣質(zhì)聯(lián)用、高效液相以及液質(zhì)聯(lián)用方法為主,也有使用薄層色譜法和原子吸收分光光度法進(jìn)行檢測[4]。然而,常規(guī)的檢測技術(shù)往往需要復(fù)雜的前處理,昂貴的實(shí)驗儀器,且檢測時間長,顯然已經(jīng)不能滿足當(dāng)今現(xiàn)場快速檢測的需求[5]。因此,對準(zhǔn)確、快速且價格低廉的農(nóng)殘檢測技術(shù)和設(shè)備的需求愈加迫切。目前,研究者們開始將目光聚焦在納米傳感技術(shù)[67]、免疫分析技術(shù)[8]等快速檢測技術(shù)上??梢暬嚰垪l是基于專屬識別建立的一項具有高特異性、高靈敏度、價格低廉的適用于現(xiàn)場檢測的快速分析技術(shù)。本文系統(tǒng)綜述了農(nóng)殘檢測試紙條的分類、膠體金側(cè)流免疫層析試紙研制的關(guān)鍵因素、納米顆粒標(biāo)記免疫試紙條在農(nóng)殘檢測中的應(yīng)用,并展望了該快檢技術(shù)在中藥中農(nóng)殘檢測的應(yīng)用前景和面臨的挑戰(zhàn),旨在為中藥產(chǎn)業(yè)農(nóng)殘快速檢測技術(shù)的發(fā)展提供參考。endprint

      1農(nóng)殘可視化檢測試紙條分類及檢測原理

      試紙條快速篩查方法具有操作簡單,不受專業(yè)人員限制,且價格低廉,適合普及等優(yōu)勢,近年來受到廣泛關(guān)注。針對靶標(biāo)農(nóng)殘小分子主要包括試紙法(dipstick assay format)和側(cè)流層析法(lateral flow format)2種檢測形式,見圖1,其檢測本質(zhì)常常依賴抗原抗體特異性免疫反應(yīng)或農(nóng)藥膽堿酯酶抑制誘導(dǎo)的生化反應(yīng)。因此,開發(fā)選擇性強(qiáng)、靈敏度高和穩(wěn)定性好的生物元件是是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜體系中痕量水平農(nóng)殘高靈敏檢測的基礎(chǔ)。基于膽堿酯酶,能夠快速篩查有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥的多殘留水平,但卻局限于酶穩(wěn)定性和敏感性影響,無法滿足結(jié)構(gòu)種類眾多的農(nóng)殘快篩需求。相比較,有選擇的制備寬譜、特異性更加優(yōu)異的抗體是當(dāng)前研究的重點(diǎn),尤其是群選型抗體、基因工程抗體、多功能抗體等新抗體已逐漸走進(jìn)研究者的視野[911]。試紙條本身也屬于一種微型簡易傳感器的雛形,除了生物敏感元件,轉(zhuǎn)換器也尤為重要??梢暬嚰垪l的轉(zhuǎn)換器是通過標(biāo)記物的顏色、光信號強(qiáng)度感知,故多為標(biāo)記型。最早關(guān)于農(nóng)殘快速可視化檢測的報道是以酶為標(biāo)記物[12],但很快被易于合成和多元調(diào)控的微小粒子所取代,如納米金[13]、納米銀增強(qiáng)、納米碳[14]、量子點(diǎn)等功能化納米顆粒[15],化學(xué)發(fā)光材料、乳膠、上轉(zhuǎn)換材料等,其中納米金顆粒應(yīng)用最為廣泛。

      檢測形式是農(nóng)殘試紙條開發(fā)的首要考慮,其中試紙法僅在單一硝酸纖維素膜(nitrocellulose membrane,NC膜)或濾紙(filter paper)上即可實(shí)現(xiàn),所需耗材少,組裝方式簡便,成本大大降低。然而,正是由于可優(yōu)化的部件單一,也造成其抗干擾能力、基質(zhì)穩(wěn)定性和檢測靈敏度等各種指標(biāo)受限,嚴(yán)重制約了其實(shí)際樣品的應(yīng)用。側(cè)流層析法集免疫反應(yīng)和層析為一體,為復(fù)雜樣品檢測研究的主流[16],通常由加樣的樣品墊、包被抗原或抗體的NC膜、負(fù)載抗體或抗原標(biāo)記物的結(jié)合墊(conjugate pad)、誘導(dǎo)毛細(xì)管效應(yīng)[17]的吸收墊和支持底板5部分[18]組成。為了保證試紙條的形狀和性能,通常在試紙條外部包裝一層塑料殼。受小分子抗體表面有限的抗原決定簇位點(diǎn)的影響,農(nóng)殘分析試紙條多采用競爭原理,見圖1,NC膜表面分別固定二抗和抗原作為質(zhì)控線(control line,C line)和檢測線(test line,T line),T線的抗原與待測物中的靶標(biāo)具有同樣抗體結(jié)合位點(diǎn),從而競爭結(jié)合抗體標(biāo)記物。當(dāng)樣品中不存在靶標(biāo)或其含量過低,標(biāo)記抗體隨樣品層析至T線,與固定抗原結(jié)合顯色,過量的標(biāo)記抗體繼續(xù)層析至C線結(jié)合固定二抗顯色,故陰性樣品試紙呈現(xiàn)雙線;反之當(dāng)樣品中靶標(biāo)達(dá)到一定濃度,層析中預(yù)先占據(jù)標(biāo)記抗體的位點(diǎn),當(dāng)樣品層析至抗原T線時導(dǎo)致標(biāo)記抗體不能固定在T線,使得T線不顯色,故陽性樣品僅C線顯色。普遍的層析試紙條以單一包被的一條T線為主,改進(jìn)的多條T線包被為多殘留同時檢測提供了新的契機(jī)。

      2膠體金側(cè)流免疫層析技術(shù)及研制關(guān)鍵因素

      膠體金顆粒是最常應(yīng)用于側(cè)流免疫分析法[19]的納米粒子[20],一般在1~250 nm粒徑[21],由于在光的激發(fā)下具有表面等離子共振效應(yīng)(surface plasmon resonance,SPR),因此其溶液隨粒徑大小不同而呈現(xiàn)桔紅色向紫紅色過渡[22]。膠體溶液中,金顆粒表面存在外圍的負(fù)離子層和吸附的正離子層,適當(dāng)pH條件下,可與引入的外源蛋白質(zhì)發(fā)生靜電吸附結(jié)合而不影響蛋白生物活性[23]?;谝陨硝r明的色澤 、優(yōu)良的光學(xué)穩(wěn)定性、出色的生物偶聯(lián)性能和方便快捷的表層標(biāo)記而被廣泛應(yīng)用于裸眼快檢試紙條的研制中[24]。作為新型的快速檢測技術(shù),膠體金側(cè)流層析具有如下優(yōu)勢:①裸眼即可視覺判斷農(nóng)藥殘留情況,現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)測,不依賴大型精密儀器;②無需清洗和儀器校準(zhǔn)步驟,快捷高效;③基于抗原抗體的特異性反應(yīng),具有較高特異性,不易產(chǎn)生交叉反應(yīng);④制備和檢測成本大大降低,適合普遍推廣和應(yīng)用;⑤操作簡單,無需專業(yè)培訓(xùn)即可使用,受眾面廣泛;⑥體積小巧,便于攜帶,幾乎可在任何需要的場所即刻檢測等。鑒于膠體金試紙條的諸多優(yōu)點(diǎn)以及對農(nóng)殘快速檢測技術(shù)的迫切需求,該技術(shù)已成為試紙條在農(nóng)殘檢測領(lǐng)域快速發(fā)展的有力推手。

      盡管膠體金試紙條在農(nóng)殘檢測方面優(yōu)勢顯著,然而商品化膠體金農(nóng)殘檢測試紙條卻屈指可數(shù),究其原因在于研制的關(guān)鍵因素不統(tǒng)一,造成試紙條產(chǎn)品的質(zhì)量和檢測性能參差不齊。

      21標(biāo)記物膠體金標(biāo)記物納米顆粒的粒徑、分散性和均一性直接關(guān)系抗體與膠體金的偶聯(lián)反應(yīng),從而影響檢測結(jié)果的靈敏度。氯金酸經(jīng)還原劑如檸檬酸三鈉、枸櫞酸鈉、鞣酸、白磷、抗壞血酸合成所需粒徑的金顆粒[2526],以檸檬酸三鈉還原居多。膠體金的形貌和性能取決于晶核的形成和生長速率,因此制備中溶劑體系的離子強(qiáng)度、還原劑的加入量、加熱時間、攪拌速率等因素需要優(yōu)化,尤其是批量生產(chǎn)環(huán)節(jié)。劉瑩[27]添加10~20 mL 1%檸檬酸三鈉至100 mL氯金酸,合成了尺寸13~45 nm,最大吸收波長518~533 nm的不同納米金,通過表征顯示,17 nm左右的膠體金溶液的分散性、均一性和穩(wěn)定性優(yōu)異,可用于抗體標(biāo)記。目前應(yīng)用農(nóng)殘抗體標(biāo)記的納米金多在10~40 nm [2829]。隨著金顆粒尺寸增大,溶液的均勻度和穩(wěn)定性下降,導(dǎo)致標(biāo)記效率降低,且粒徑大的膠體金要求使用的NC膜孔徑增大,也不利于靈敏度的改善。容器的潔凈程度,對其成功制備和儲存穩(wěn)定性也有較大影響。因此,確定合適粒徑的納米金和嚴(yán)格控制合成環(huán)節(jié)是研制納米金標(biāo)記試紙條的基礎(chǔ)。

      22標(biāo)記蛋白量和溶液pH抗體標(biāo)記量和pH選擇是試紙條制備中不可缺少的環(huán)節(jié)[30]??贵w用量過少,膠體溶液在緩沖鹽存在下易發(fā)生團(tuán)聚,掩蔽抗體識別位點(diǎn),繼而引起T線不顯線;反之,過量標(biāo)記不僅浪費(fèi)抗體,而且不利于寬范圍、低限量靶標(biāo)的檢測?;陟o電吸附原理,標(biāo)記pH接近或稍高于蛋白等電點(diǎn)時,兩者的吸附結(jié)合能力最強(qiáng)。pH不適合的現(xiàn)象:①偶聯(lián)中膠體金變色,死金;②金標(biāo)抗體濃縮中,上清紅色未標(biāo)記金或離心管壁殘留金無法溶解;③組裝后加樣測試,樣品溶液與金標(biāo)抗體流速不一致的水金分離;④靈敏度下降等??贵w標(biāo)記量和pH 2個參數(shù)普遍采用高鹽促沉淀方式優(yōu)化,即1 mL標(biāo)記后體系加入100 μL 10%NaCl,靜置一段時間,觀測溶液顏色變化或計算吸光度A520的變異系數(shù)。由于實(shí)際標(biāo)記中并不需要引入NaCl,為了確保充分蛋白標(biāo)記,對抗體用量上調(diào)至120%~130%。識別小分子的抗體報道中,最佳pH一般在8~9 [3133]。標(biāo)記后的封閉和復(fù)溶對保持其識別活性和后期示蹤檢測也尤為重要,常以1%BSA作為封閉液,加入蔗糖增加穩(wěn)定性。endprint

      23NC膜材選擇NC膜是固定抗原、抗體的支持載體,是樣品和金標(biāo)抗體的層析載體,也是免疫競爭反應(yīng)部位。因而,適合孔徑、層析速率的NC膜選擇在快速檢測中非常重要。小分子檢測的競爭反應(yīng)與分析物和金標(biāo)抗體的遷移速度有關(guān)[34],而遷移速度(migration speed,MS)直接關(guān)系反應(yīng)時間的長短,一般MS時間越長,反應(yīng)越完全,靈敏度越高;但與此同時,延長反應(yīng)時間,亦增加非特異結(jié)合機(jī)率,也不利于實(shí)際檢測。增大待測物與金標(biāo)抗體的接觸機(jī)率有利于競爭抑制,Lee等[35]提出利用待測物與金標(biāo)抗體的相對遷移率(relative migration speed,RMS)來選擇合適的NC膜,以顯色的靛酚乙酸酯為小分子代表,評估4種NC膜材的RMS,待測物與金標(biāo)抗體在Nitrocellulose 80 和 Immunopore RP上遷移速度過快,不利于充分識別反應(yīng),因此不適合競爭免疫試紙條檢測,其在Immunopore FP和Immunopore SP上遷移速度合適,并且前者較后者具有更好的檢測靈敏度,因此選擇Immunopore FP作為膜材。農(nóng)藥檢測常見NC膜有美國Millipore135、德國Sartorius140、美國Pall Vivid 90和Vivid 170等[36],以Sartorius和Millipore居多[3739]。盡管出自不同廠家,但通過品牌標(biāo)示的數(shù)字,可判斷其層析速度(由孔徑?jīng)Q定,但速度更為直接),即每層析4 cm所需時間。雖然層析速度相近,但其材質(zhì)和蛋白結(jié)合量有所區(qū)別,故可視化試紙條研制時應(yīng)對比考察NC膜,確保獲得靈敏度、檢測時間滿足需求的試紙條。

      24樣品墊處理液在實(shí)際分析中,為了避免NC膜可能含有探針結(jié)合位點(diǎn)引發(fā)假陽性或陰性結(jié)果,常需對樣品墊預(yù)處理[4041]。磷酸鹽緩沖液(phosphate buffered saline,PBS)是檢測體系常用緩沖液,通常會向體系中加入蛋白、表面活性劑或大分子聚合物等物質(zhì)。常用蛋白包括BSA、OVA和酪蛋白,通過層析可封閉NC膜的蛋白結(jié)合位點(diǎn);加入大分子聚合物如PEG、PVP、明膠等,可以封閉大分子結(jié)合位點(diǎn),亦可封閉蛋白結(jié)合位點(diǎn)[42];加入Tween、曲拉通等表面活性劑,通過層析也可增強(qiáng)NC膜表面活性,利于樣品層析。通常為了放大信號,還會加入適量NaCl,適當(dāng)增強(qiáng)離子強(qiáng)度,或加入蛋白,降低過度信號強(qiáng)度,以提高競爭檢測的靈敏度。

      此外,納米金標(biāo)試紙條在研制中還需要考察包括二抗和抗原的固定、金標(biāo)抗體噴墊、NC膜和金標(biāo)墊的干燥等步驟。首先,在二抗、抗原固定時,劃線一定要均勻,斷線、暈線均會影響試紙條的重復(fù)性和穩(wěn)定性;若發(fā)生斷線,要及時舍棄該段試紙條;暈線情況下,則要考慮重懸液或抗原、抗體包被液的配制是否符合要求,及時修改方案;金標(biāo)抗體噴墊須注意噴墊的均勻性,否則會導(dǎo)致重復(fù)性差,而無法統(tǒng)一檢測標(biāo)準(zhǔn)。其次,NC膜的干燥實(shí)質(zhì)是抗原、二抗充分固定的過程,應(yīng)對干燥時間進(jìn)行優(yōu)化,在保證抗原、二抗活性的前提下確定最佳干燥條件。同時,干燥后的金標(biāo)墊須注意防潮,否則也會影響試紙條的穩(wěn)定性和靈敏度。

      3納米顆粒標(biāo)記試紙條在農(nóng)殘快速檢測中的應(yīng)用

      可視化試紙條快檢技術(shù)是基于抗體制備、層析和納米材料技術(shù)上發(fā)展起來的以膜為固相載體的定性或半定量檢測技術(shù)。由于易普及已廣泛應(yīng)用于食品、環(huán)境安全檢測領(lǐng)域,見表1,隨著可視化試紙條的研究深入,該技術(shù)不僅可以用于單一農(nóng)殘,還可實(shí)現(xiàn)同時多種農(nóng)殘定性檢測,將試紙條技術(shù)與光電定量儀結(jié)合,還可達(dá)到準(zhǔn)確定量的目的。

      31膠體金試紙條單一農(nóng)殘檢測自20世紀(jì)80年代末,膠體金免疫層析試紙條開發(fā)以來,主要集中于單一物質(zhì)篩查,農(nóng)殘檢測也不例外,尤其針對毒性危害大、頻繁污染的農(nóng)藥品種如克百威、毒死蜱、三唑磷等快篩試紙條的應(yīng)用最常見[43]。Gui等[44]基于25 nm粒徑膠體金顆粒的抗體標(biāo)記物,建立專屬檢測農(nóng)藥三唑磷殘留的試紙條,并應(yīng)用于水和食用油基質(zhì),分析時間僅5 min,靈敏度低至5 μg·L-1。單殘留檢測無需考慮不同待測物之間的交叉反應(yīng),影響因素較少,制備工藝相對簡單成熟。

      32膠體金試紙條多農(nóng)殘檢測當(dāng)今農(nóng)殘使用的種類已遠(yuǎn)不止于單一一種或一類結(jié)構(gòu),樣品中3~5種甚至更多農(nóng)藥同時殘留的情況越來越多。為了節(jié)省抗原的同時提高試紙條的利用率,擴(kuò)大試紙條的檢測功能,研究者開始研制三線或多線的膠體金試紙條,來滿足多殘留檢測的迫切需求[4546]。Wang等[47]在同一試紙條T1,T2和T3上分別固定吡蟲啉BSA、甲基毒死蜱BSA和水胺硫磷BSA抗原,實(shí)現(xiàn)3種常見農(nóng)藥殘留的同時篩查。Zhuang等[48]分別以甲萘威OVA抗原和硫丹OVA抗原在NC膜上包被兩條T線,同時檢測甲萘威和硫丹殘留情況,LOD可達(dá)到1,10 μg·L-1。

      利用能特異識別不同靶標(biāo)的不同單抗實(shí)現(xiàn)多殘留分析外,基于同時識別不同待測物的多功能單抗的策略,可在一次檢測中達(dá)到多種靶標(biāo)同時檢測的目的。王姝婷[49]通過多簇人工抗原設(shè)計獲得同時識別三唑磷和克百威的雙單抗,分別對比了兩者的單一檢測、混合金標(biāo)單抗法和金標(biāo)雙單抗法研制3種不同試紙條,前兩者檢測限可達(dá)到4,32 μg·L-1,后者雖然有所下降,但也在同一個數(shù)量級。雙功能抗體為多殘留檢測提供了新思路。

      盡管膠體金試紙條的多農(nóng)殘檢測可以增加材料利用率,使現(xiàn)場檢測更加方便快捷,然而研究應(yīng)用中還面臨著諸多挑戰(zhàn),如NC膜雖可包被多種抗原提高檢測效率,但膜空間有限,多條包被卻不利于樣品中靶標(biāo)與混合金標(biāo)的充分接觸和識別反應(yīng),往往導(dǎo)致同一試紙條上多條T線檢測LOD不理想;且對不同抗原在同一NC膜上的排列提出更高要求;避免靶標(biāo)間的交叉反應(yīng)也是首要考慮因素。除單膜多檢測外,多膜多元通道檢測類似于單一殘留分析,但在保護(hù)殼組裝時,通過聯(lián)排設(shè)計一次加樣同時多殘留篩查,這一研制在實(shí)際現(xiàn)場批量檢查中也有推廣的價值。

      33膠體金試紙條光電農(nóng)殘定量儀可視化膠體金試紙條裸眼即可得到定性結(jié)果,方便快捷,但卻不能量化殘留結(jié)果。雖然有報道[50]通過NC膜上固定3種T線濃度的包被抗原半定量檢測殺蟲劑啶蟲脒,可對0~5(陰性),5~25,25~250,250~1 000,>1 000 μg·L-1(陽性)5類殘留水平的快速鑒別,然而目測辨別含量差異的范圍有限,且受主觀誤差影響顯著,臨界點(diǎn)附近尤為嚴(yán)重,因此,裸眼檢測也逐漸向便攜式微型設(shè)備輔助定量轉(zhuǎn)變。主流的膠體金試紙條光電檢測儀即利用電荷耦合器件(charge coupled devices,CCD)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)等圖像傳感器測量膠體金試紙條的顯色區(qū)域,再通過光電和模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置直接呈現(xiàn)出光信號代表的實(shí)際數(shù)值。光電定量儀的實(shí)質(zhì)是基于競爭免疫反應(yīng)下T/C線滯留金的反射光吸光度,待測物濃度越大,滯留金越少顏色越淺,得到的反射信號值就越大,因此依據(jù)待測物含量與反射信號值之間的關(guān)系,即可定量樣品中的農(nóng)藥殘留水平[5152]。白玉潔[53]以白光LED為光源,線陣CCD為光電轉(zhuǎn)換器,研制的試紙條讀卡儀,LOD達(dá)1~2 μg·L-1。楊成文[54]基于面陣CMOS圖像芯片設(shè)計的廣電接收系統(tǒng),研制的膠體金試紙條顯色分析儀,檢測甲霜靈在1~50 μg·L-1,與試紙條顯色呈線性相關(guān)。Mirasoli等[55]將膠體金試紙條與CCD結(jié)合,制備是指條顯色儀,檢測限可以達(dá)到02 mg·L-1;程華等[56]以顏色識別傳感器TCS3200進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,應(yīng)用CMSO電路系統(tǒng),制備的膠體金試紙條光電檢測儀可定量檢測0~25 μg·kg-1水平的殘留。為了獲得較高的測量精度,光源的選擇非常重要。通常制備的膠體金試紙條普遍使用的粒徑20 nm左右,反射光最大吸收在520 nm附近,CCD的RGB色系中綠光波長540 nm,最接近反射光的吸收峰,故在此光源的激發(fā)下,可獲得最佳的檢測效果。汪曣等[57]采用綠光LED光源,以CCD為光敏元件,制備膠體金試紙條光電檢測儀,成功用于含葉綠素干擾基質(zhì)的甲霜靈檢測,線性范圍1~20 μg·L-1,LOD低至1 μg·L-1。光電讀卡儀的準(zhǔn)確定量,不僅與試紙條制備的影響因素密切相關(guān),還與光源、光電探測器及光電耦合轉(zhuǎn)換器等的選擇都存在關(guān)聯(lián)。競爭法檢測,由于金標(biāo)試紙不同于ELISA的終止反應(yīng),色帶檢測反應(yīng)的是含量關(guān)系,因此還需優(yōu)化檢測時間,確保真實(shí)反映其濃度水平。endprint

      34新型納米標(biāo)記試紙條在農(nóng)殘檢測中的應(yīng)用膠體金層析試紙條法作為定性、半定量甚至定量的現(xiàn)場快速篩查的技術(shù),在批量農(nóng)殘檢測中備受關(guān)注外,學(xué)者還通過其他納米標(biāo)記或生物識別策略進(jìn)行探索,以期進(jìn)一步改善檢測靈敏度來適應(yīng)復(fù)雜基質(zhì)痕量農(nóng)殘分析需求。不僅膠體金可作為獨(dú)特的標(biāo)記材料,熒光納米金、量子點(diǎn),顯色的碳納米和磁納米等也可應(yīng)用于可視化試紙條的制備中。Yan等[72]以雞卵清蛋白為模板和穩(wěn)定劑,合成630 nm熒光金納米簇,酪氨酸酶(TYR)催化氧化多巴胺產(chǎn)物可有效猝滅納米簇的熒光,在有機(jī)磷農(nóng)藥存在下可以抑制TYR活性,恢復(fù)納米簇?zé)晒?,?shí)現(xiàn)對氧磷01 μg·L-1殘留水平的靈敏檢測。Zhang等[73]建立了熒光試紙條檢測人血漿樣品中有機(jī)磷生物標(biāo)志物,見圖2。其通過氧化鋯納米粒(ZrO2 NPs)對含P的分子可選擇性抓捕,因此作為固定位點(diǎn),量子點(diǎn)偶聯(lián)試劑盒(QD585)可將QD585標(biāo)記至膽堿酯酶抗體(antiAChE)用作結(jié)合墊,一旦生物機(jī)體攝入有機(jī)磷(OP)體內(nèi)代謝形成OPAChE加合物,該加合物和QDantiAChE在試紙條上層析相遇結(jié)合,形成QDantiAChEOPAChE復(fù)合物,層析至ZrO2 NPs即被抓捕,測定ZrO2 NPs位點(diǎn)的QD585熒光值即可獲得有機(jī)磷生物標(biāo)志物含量。Martina Blazková等[7475]利用120 nm碳納米標(biāo)記抗體,滅蟲威OVA抗原競爭檢測水中的滅蟲威殘留情況,整個檢測時長 10 min,LOD低至05 μg·L-1,見圖2,同法還用于水果中甲萘威的測定。Ge等[76]合成磁性二氧化鈦包裹的四氧化三鐵納米粒(Fe3O4@TiO2)固定于T線,結(jié)合有機(jī)磷生物標(biāo)志物,外加切割使其接觸微型電極通過電化學(xué)檢測系統(tǒng)靈敏識別檢測見2C,該法利用磁分離克服了復(fù)雜的基質(zhì)處理操作,定量檢測線性范圍005 ~10 nmol·L-1,有望用于現(xiàn)場快速鑒別有機(jī)磷中毒情況。利用其他識別策略如靶標(biāo)分子印記聚合物也可為抗體不易得的待測物分析提供新的解決途徑。

      4可視化試紙條在中藥中農(nóng)殘檢測的應(yīng)用前景及挑戰(zhàn)

      農(nóng)藥殘留嚴(yán)重威脅人類健康,具有醫(yī)療保健功效的中藥也因農(nóng)藥殘留問題在邁向國際舞臺的道路上遭遇瓶頸。研究報道[77],中藥多次因農(nóng)藥殘留超標(biāo)問題被查扣。開發(fā)建立中藥中農(nóng)藥殘留檢測技術(shù)對保障中藥質(zhì)量安全,打破國外技術(shù)性貿(mào)易壁壘,促進(jìn)中藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。目前,中藥中農(nóng)殘檢測主要依賴氣相、氣質(zhì)聯(lián)用、高效液相以及液質(zhì)聯(lián)用方法。邱綠琴等[78]用氣相色譜法同時測定了中藥中8種有機(jī)磷類農(nóng)藥的殘留情況,工作曲線在 05~20 μg·mL-1,相關(guān)系數(shù)0997 0~0999 9;檢出限 0007~0126 mg·kg-1 。劉洪波[79]采用氣質(zhì)聯(lián)用方法檢測白菊、

      白術(shù)、山茱萸中5種擬除蟲菊酯類農(nóng)藥殘留情況,檢出限063~310 μg·kg-1, 定量限210~1031μg·kg-1。精密儀器設(shè)備具有準(zhǔn)確度好、靈敏度好、高通量等優(yōu)勢,但儀器設(shè)備貴重,體積龐大、前處理復(fù)雜并需要專業(yè)人員操作,無法滿足現(xiàn)場、基層、田間地頭快速檢測的需求??梢暬嚰垪l制備工藝簡單、便攜、操作人員不受限制,價格低廉(液質(zhì)和氣質(zhì)測試成本高出試紙條近200倍),并已在水果、蔬菜、谷物等中具有良好的應(yīng)用基礎(chǔ),因此,該技術(shù)為中藥中農(nóng)殘現(xiàn)場快速檢測提供了新的契機(jī),非常適用于中藥材從源頭流通加工等各環(huán)節(jié)的批量樣品的殘留污染監(jiān)測。然而鑒于中藥基質(zhì)復(fù)雜,共萃取干擾嚴(yán)重,納米標(biāo)記試紙條在中藥中農(nóng)藥殘留篩查的普遍應(yīng)用仍面臨挑戰(zhàn)。困難的核心在于降低復(fù)雜基質(zhì)的干擾,具體有效途徑可從以下方面展開:①設(shè)計更加科學(xué)的前處理技術(shù),在保證農(nóng)藥回收率滿足需求的基礎(chǔ)上,對中藥的復(fù)雜基質(zhì)進(jìn)行有效凈化;②在高選擇性和識別能力的生物元件上投入更多研究,提高試紙的選擇性;③優(yōu)化金標(biāo)抗體的合成條件,制備更加穩(wěn)定的金標(biāo)抗體偶聯(lián)物,對抗基質(zhì)干擾;④對試紙條進(jìn)行適當(dāng)處理,增加試紙條本身的穩(wěn)定性;⑤制備微型化、高精密度的光電定量儀,與試紙條結(jié)合,提高其在復(fù)雜基質(zhì)中的辨識度,屏蔽中藥提取物中色澤對待測信號的干擾。攻克試紙條在中藥農(nóng)殘檢測中的技術(shù)難點(diǎn),應(yīng)對中藥產(chǎn)業(yè)鏈中農(nóng)殘屢屢超標(biāo)的問題,提前預(yù)警,從源頭遏制農(nóng)殘中藥材流向中藥市場,確保終端中藥產(chǎn)品的質(zhì)量安全。

      5總結(jié)

      近年來,隨著國際上對中藥安全性重視的增加,農(nóng)藥殘留的限量標(biāo)準(zhǔn)的門檻也隨之提高,中藥中農(nóng)藥殘留成為嚴(yán)控項目。建立準(zhǔn)確、靈敏、快速的批量農(nóng)殘分析技術(shù),對中藥材從源頭流通加工等各環(huán)節(jié)的殘留污染進(jìn)行控制,及時篩查不合格產(chǎn)品,對確保中藥產(chǎn)品的質(zhì)量安全具有重要意義。我國作為中藥材輸出大國,大量的中藥材出口國際市場,中藥材農(nóng)殘超標(biāo)已成為影響我國藥材出口的一大障礙。由于低成本、便攜、靈敏的優(yōu)勢,可視化快速試紙條在農(nóng)藥殘留快速檢測的研究中發(fā)展迅猛。本文系統(tǒng)綜述了納米標(biāo)記試紙條的分類,重點(diǎn)剖析了膠體金試紙條研制的關(guān)鍵因素,并歸納了膠體金裸眼檢測試紙、半定量試紙、光電定量試紙及基于新型納米材料的靈敏試紙條等研究在農(nóng)殘檢測中的應(yīng)用?;谄鋬?yōu)勢和應(yīng)用基礎(chǔ),納米標(biāo)記可視化試紙條在中藥農(nóng)殘現(xiàn)場快速檢測中展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景,然而鑒于中藥基質(zhì)的復(fù)雜性,在中藥檢測中仍具有一定挑戰(zhàn),納米金標(biāo)記試紙條在中藥農(nóng)殘檢測的商品化研究中還需不斷的拓展思路,解決干擾組分多樣性這一難題,建立適合當(dāng)今市場需要的快速檢測設(shè)備,確立可靠的檢測標(biāo)準(zhǔn),為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場大規(guī)模中藥產(chǎn)品的農(nóng)殘分析和保障中藥質(zhì)量安全奠定基礎(chǔ)。

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      [責(zé)任編輯丁廣治]endprint

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