基于納米材料的生物傳感器 在食品安全檢測中的應用研究

喬敏

摘 要：食品安全是保障民生安全、社會穩(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量的關鍵。食品安全檢測重要包括對食品中致病微生物、農藥殘留、有毒有害物質等的檢測。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，為食品安全檢測領域的發(fā)展提供方向。

關鍵詞：納米材料;生物傳感器;食品安全檢測

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：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”，食品是人類進行一切生命活動的基礎。“食以安為先”，食品的安全問題直接關系到人類的健康和安全，甚至對于和諧社會的構建、國家經濟的發(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)，重金屬元素的嚴重超標、致病菌微生物的污染、食品添加劑的過量添加、化學試劑殘留、農藥殘留等等問題引發(fā)了一系列嚴峻的食品安全問題，造成的危害和損失不可估量。為了滿足社會對于食品安全風險控制的需求，用于快速、靈敏、精確檢測食品中化學試劑、添加劑、農藥殘留等技術的開發(fā)和研究變得十分迫切。

針對食品安全問題，世界各國建立了相關的安全標準和分析方法。食品安全相關的分析方法包括生物鑒定法、化學分析發(fā)、儀器分析法、活體動物實驗等等，這些方法雖然穩(wěn)定性較好，分析結果相對可靠，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、精確檢測的相關技術。近幾年來，科學技術的飛速發(fā)展使得生物傳感技術逐漸進入人們的視野，尤其是在食品安全領域，將其與材料科學、電化學、生物學等相關學科技術有機融合，可以發(fā)揮其綠色、安全、高效、精確等優(yōu)異的檢測性能。本文中結合納米材料技術提出了一種量子點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。熒光量子點的生物相容性、穩(wěn)定性等都較好，而且在其表面進行親水性基團的修飾便可大幅提高其水溶性，擴展其應用范圍。利用胸腺嘧啶與三聚氰胺進行特異性的三氫鍵結合的特性，將其標記在熒光量子點的表面，使其與三聚氰胺發(fā)生特異性反應從而使熒光量子點發(fā)生團聚，進一步引發(fā)熒光淬滅。當被檢測體系中含有不同濃度的三聚氰胺時，通過測定熒光的強度進一步確定三聚氰胺的含量。

1 實驗原理

本文中所提及的生物傳感器的作用原理主要是，以標記胸腺嘧啶的熒光量子點作為熒光探針，利用其團聚后會發(fā)生熒光淬滅的現(xiàn)象對三聚氰胺進行定量檢測具體過程如下所述。先用EDC熒光量子點表面的羧基，再與胸腺嘧啶進行偶聯(lián)反應，從而將胸腺嘧啶標記在熒光量子點表面。在對食品樣品進行檢測時，如果食品中含有三聚氰胺，則熒光量子點表面的胸腺嘧啶會與其發(fā)生特異性的三氫鍵結合，使熒光量子點發(fā)生團聚，熒光淬滅，熒光強度減弱，根據(jù)熒光強度的變化確定食品樣品中三聚氰胺的含量。該種方法檢測時抗干擾性較強，另外由于熒光發(fā)光檢測的靈敏度較強且背景較弱，因此，在檢測三聚氰胺時具有較高的靈敏度。

2 實驗部分

2.1 試劑與儀器

實驗試劑。表面修飾有巰基乙酸的熒光量子點（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。

實驗儀器。日立F-7000熒光分光光度計、Delta320pH計、貝克曼超速離心機等。

2.2 熒光量子點與胸腺嘧啶偶聯(lián)反應

在避光的環(huán)境中，向離心管中加入適量的熒光量子點和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。隨后將離心管中的混合溶液轉移到離心管中，于5000r/min的轉速在離心機上離心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，并轉移至經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準溶液混合均勻，待反應15min后，取適量的溶液測定其熒光強度。

3 結果和討論

3.1 緩沖液pH 值和反應時間的優(yōu)化

為了避免硼酸緩沖溶液的酸堿性對熒光量子點生物傳感器的影響，在進行檢測之前，先通過實驗確定了硼酸緩沖溶液不同pH值時熒光量子點生物傳感器的熒光強度。固定熒光量子點生物傳感器的濃度，然后選取不同pH值的硼酸緩沖溶液進行熒光強度的測定，硼酸緩沖溶液的pH值分別選取5、6、7、8、9，得到如圖1所示的結果。

由圖1中可以看出，硼酸緩沖溶液會影響熒光量子點生物傳感器的熒光強度，在其pH值為7時，熒光量子點生物傳感器的熒光強度最大，因此，在本文實驗中所采用的硼酸緩沖溶液的pH值為7。

另外，避免因反應時間的長短對檢測準確度的影響，在檢測前還進行了熒光量子點生物傳感器與三聚氰胺不同反應時間后的熒光強度變化實驗，得到如圖2所示的結果。

如圖2可知，隨著時間的變化，熒光量子點生物傳感器的熒光強度基本無變化，因此，可以判斷，反應時間對熒光量子點生物傳感器的檢測效果沒有影響，說明熒光量子點生物傳感器與三聚氰胺的反應速度較快，不會受到時間的影響。

3.2 熒光量子點生物傳感器的分析性能

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

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

熒光量子點生物傳感器的熒光強度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系數(shù)為0.998，表明熒光量子點生物傳感器的熒光強度與三聚氰胺濃度具有較好的線性關系。

4 實驗驗證

為了確定熒光量子點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量的三聚氰胺標準物的方法進行驗證，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。通過熒光量子點生物傳感器檢測得到如表1所示的檢測結果。

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

5 結語

科技水平的提高以及人民生活水平的提高對于食品安全檢測技術都提出了更高的標準，傳統(tǒng)的檢測方法在檢測時間、準確度、穩(wěn)定性方面都有所欠缺，因此難以達到現(xiàn)在對檢測的要求標準。近幾年來，納米材料的發(fā)展使納米材料技術逐漸成熟，納米材料技術在眾多領域的相關技術中都發(fā)揮了巨大的優(yōu)勢，解決了一些列其他技術難以攻克的問題。尤其是其在檢測領域中，將納米材料技術與檢測技術相結合，可以產生多種檢測時間短、準確度高、靈敏性和穩(wěn)定性均較好的檢測方法，進一步改善檢測技術在各個領域的研究現(xiàn)狀。熒光量子點生物傳感器結合了納米材料技術，將其用于食品中三聚氰胺的檢測，檢測速度快、穩(wěn)定性好，且通過實驗驗證了其檢測結果的準確性，對于食品安全的保障具有重要意義。

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