白虎 意思 《食物科学》：四川农业大学韩国全副解说等：碳量子点特出荧光探针在食物安全检测应用中的照管进展|纳米|化学

发布日期：2024-09-27 23:31    点击次数：167

爱色影

食物安全是全球主要的天下卫生问题白虎 意思，常见的食物混浊物主要包括农药和兽药残留、作恶添加剂、重金属离子、过敏原、霉菌毒素和微生物等。现在，食物中无益物资的通例分析设檀越要包括气相色谱、高效液相色谱、质谱、液相色谱-质谱联用、团员酶链式反应（PCR）、酶联免疫吸附测试（ELISA）和免疫层析测定等。与传统检测设施比拟，基于荧光的分析设施在便携式传感和检测领域发达出庞大后劲。

荧光探针是荧光生物传感器不能或缺的部分，一个或多个荧光探针通过识别特定分析物或靶方向受体部分（酶、化学分子或遗传物资）并耦合，从而将识别经由回荡为荧光信号，该荧光信号很容易被检测。碳量子点（CQDs）的优异荧光脾性使其用途庸碌，被以为是传感器照管中功能最坚定的碳纳米材料之一。 基于此， 四川农业大学食物学院杨茂杰，施晓、韩国全*等 综述了 CQDs特出 荧光探针在食物安全检测应用中的照管进展，为食物安全提供新想路及参考。

1 碳量子点概述

1.1 碳量子点的结构

碳点由于其纳米结构的各样性而难以准确界说和分类。阐明碳纳米结构的各样性将碳点分歧为石墨烯量子点（GQDs）、石墨氮化量子点（CNQDs）、碳纳米点（CNDs）、碳化团员物点（CPDs）和CQDs，如图1所示。碳原子的摆设、晶体结构、维数等将庸碌的碳基荧光纳米点分为3 类：当纳米点呈现非晶态准球形且缺少量子终结的CNDs；以及当纳米点呈现量子终结和晶体结构时，具有准球形花样的CQDs和具有π共轭单板的GQDs，如图2所示。固然它们具有附进的尺寸和精湛的光化学性质，但里面结构和名义化学基团均有所不同。

现在的照管标明，CQDs是一种粒径小于10 nm的准球形纳米颗粒，由碳核和名义基团组成，碳核由sp2杂化石墨微晶碳或sp3杂化非晶碳组成的骨架结构，具有无定形结构或结晶，名义时常带有丰 富的含氧官能团，如羧基和羟基，因此CQDs在水中具有很高的融解度和生物相容性；除此以外，CQDs照旧环境友好型材料，具有导电性好、化学走漏性高、光学性走漏、低毒性、高效光致发光辐射等杰出特色，可与传统重金属半导体量子点相忘形。

1.2 CQDs的荧光机制

CQDs的发光机制复杂且受多种要素影响。现在，有两种发光机制被庸碌接收：一种是来自CQDs碳核中共轭π域的带隙状况；另一种是CQDs名义的联系过失条带状况。但由于前体碳源的各样性以及在合成经由中掺杂其他元素（氮、硫等以及金属离子），以及局部荧光基团也会影响电子带隙的治愈，从而影响荧光神采。CQDs的发光主要取决于其激勉的名义过失条带状况，且CQDs发达出两种荧光辐射脾性。

基于CQDs优良的脾性，不少照管者将CQDs荧光探针应用到生物传感中时，需要阐明特定待分析物的性质素养或者改变荧光性能，必须沟通CQDs的物理和化学脾性，通过化学和物理等设施修饰CQDs，以得志传感应用要求。CQDs的石墨化进程和名义状况的相反是导致其光学性质相反的主要原因，因此不错通过适度反应环境，形成不同神采的荧光CQDs。粒径亦然权贵影响荧光脾性的症结要素之一，会导致各式荧光神采，如蓝色、绿色、黄色和红色。在较高温度下合成的CQDs名义容易形成 更多的氮官能团和氧官能团，标明荧光增强与结构过失数目的增多关系，过失越多荧光越强，畸形是含氮过失比其他过失能更有用地增强荧光辐射。 总之，CQDs的荧光机制由于丰富的前体碳源、不同的合成设施、现实条目和名义官能团相反，发达出不同的荧光脾性，其的确的荧光机制还有待进一步照管。

CQDs因其精湛的荧光脾性、水溶性、低毒性及名义易修饰等优点，在食物安全检测设施中被庸碌用于构建高灵巧、低资本、操作浅近的荧光探针。CQDs的荧光传感机制大约不错分为3 类：CQDs名义的羟基、羧基、氨基等活性基团与被检测物资告成作用；通过荧光猝灭开关机制，CQDs与底物或猝灭剂联结导致荧光猝灭，再与被测物资作用收复荧光；CQDs与抗体、适配体、多肽等特异性配体发生共价偶联，再与被测物资作用。

1.3 CQDs的制备

CQDs是一种新式的碳基纳米结构材料，由于其优厚的发光性能，现在已树立各式设施合成CQDs以探索其脾性。CQDs不错通过“从下到上”和“从上至下”的设施合成。传统的“从下到上”和“从上至下”合成CQDs的设施，由于在合成经由中需要大量的有毒溶剂、无益有机分子、兴奋的前体碳源以及高能耗，导致合成资本高不利于畛域化，还会变成环境混浊的问题。表1列举了代表性CQDs的合成设施特出区别。

1.4 CQDs的绿色合成

绿色合成旨在从起源上减少和排斥混浊物，收场经济和社会可抓续发展，是惩处日益严重的资源环境问题的进击途 径。水热碳化法、热解、溶胶-凝胶合成和微波辅助设施组成了绿色合成技能，绿色合成设施不错减少化学品的破钞和废料的产生。表2描绘了以生物资资源通过水 热法绿色合成CQDs的应用。

2 CQDs荧光探针在食物安全检测中的应用

2.1 食物中致病菌的检测

现在，由于分类不清的原因，照管中更多是对于碳点在检测致病菌方面的应用，而对于CQDs在致病菌检测方面较少。Pebdeni等从橄榄叶中合成了高量子产率的CQDs，通过基于荧光共振能量转换（FRET）旨趣检测金黄色葡萄球菌。特定寡核苷酸适配子共价联结在CQDs名义，CQDs名义的胺基通过静电互相作用吸附到金纳米颗粒（AuNPs）名义合成特定荧光探针。固然由于寡核苷酸适配子在260 nm波所长具有接纳峰，其联结在CQDs名义会导致荧光强度略略缩短，但对现实的影响不错忽略。AuNPs的引入导致FRET经由，在FRET经由中CQDs-适配体的荧光被猝灭，在金黄色葡萄球菌存鄙人，由于适配体与细菌名义之间的优先互相作用导致CQDs和AuNPs的开释，通过离心使金黄色葡萄球菌-适配体偶联物和AuNPs千里淀，导致上清液中CQD荧光的再现，阐明CQDs荧光强度变化得到金黄色葡萄球菌的检测线性范围为10～108 CFU/mL，检测限低至10 CFU/mL。Hu Xuetao等报说念了一种以橙皮为碳源通过微波辅助法绿色合成的CQDs，将其用于制备检测大肠杆菌的荧光探针，该探针分别由CQDs与氨基修饰的适配体（Apt）共价偶联，磁性纳米颗粒（MNPs）与氨基修饰的cDNA共价携带，然后由Apt和cDNA杂交组成复合物。诈欺大肠杆菌与Apt的特异性联结，在检测体系中引入靶标菌和CQDs-MNPs荧光探针复合物，由于大肠杆菌的特异性识别，Apt端优先与大肠杆菌名义联结使Apt-CQDs与cDNAMNPs解离，临了通过磁场分离菌体，检测剩余荧光强度（图3）。CQDs动作荧光探针在检测微生物方面具有精湛的灵巧度和实用性，而且操作浅近，对操作主说念主员专科性要求不高。上述两种设施均通过CQDs的荧光强度变化进行定量检测，但其基原意趣不同，前者是基于FRET旨趣通过AuNPs猝灭CQDs自己荧光，后者在扫数经由中CQDs自己荧光强度变化很小或者无变化，是通过体系华夏始荧光探针和剩余荧光探针量的变化产生的荧光强度变化构建检测致病菌的设施。两种设施均很好地表现了CQDs在微生物检测中的庞大上风。

2.2 食物中生物毒素的检测

照管东说念主员在诈欺抗体或适配体偶联CQDs动作荧光探针在检测生物毒素方面作念出许多探索。Singh等开采了一种基于氮掺杂碳量子点（N-CQDs）的新式荧光免疫传感器，用于黄曲霉毒素M1（aflatoxin M1，AFM1）分析，如图4所示，以富含羧基的柠檬酸为碳源和富含胺基的聚乙烯亚胺为氮源，通过水热法合成N-CQDs，时势为准球形，平均直径为8 nm。N-CQDs通过1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳化二亚胺（EDS）和N-羟基丁二酰亚胺（NHS）介导的设施与抗AFM1抗体（Ab）通过酰胺化反应进行生物偶联形成N-CQDs/Ab，并以此动作荧光探针制备侧流免疫层析试纸条。该设施以AFM1为猝灭剂，当荧光探针N-CQDs/Ab和样品中AFM1之间产生特异性联结，AFM1会导致彰着的荧光猝灭，可约30 min时在0.2～0.8 ng/mL范围内收场定量检测AFM1，检测限为0.07 ng/mL，然而受牛奶复杂基质以及酪卵白和毒素之间的亲和力影响，在实质检测中检测限为0.08 ng/mL，但也远低于好意思国食物药品监督不休局建议的牛奶中AFM1的限值（0.5 ng/mL），而且在其他毒素打扰性现实中发达出精湛的采选性。该设施中胺基功能化的CQDs使其荧光强度增多也更利于与抗体偶联。也有设施欠亨过抗体或适配体与CQDs生物偶联相同达到高灵巧度。Li Guangming等照管开采了一种基于N-CQDs内过滤效应的无标记免疫传感用具于检测AFM1，曲折诈欺基于碱性磷酸酶（ALP）的ELISA系统中硝基苯基磷酸酯的氧化居品硝基苯酚对N-CQDs的荧光猝灭成果，收场AFM1的定量检测，检测限达0.018 6 ng/mL。上述两种检测设施均应用了免疫学旨趣，但前者是N-CQDs告成与抗体偶联，需要赋予CQDs名义胺基，以AFM1动作猝灭剂，此后者所以基于ALP的ELISA系统中氧化居品为猝灭剂，猝灭N-CQDs的荧光。基于N-CQDs的新式荧光免疫传感器为食物中AFM1的检测提供了有用技能，基于该传感器旨趣还可用于食物中其他毒素的快速灵巧检测，在检测资本适度、时刻、方便性方面上风庞大。

2.3 食物中农药残留的检测

在氨基甲酸酯类农药的检测中，Jing Xu等使用硫化钠和柠檬酸通过水热法合成硫掺杂碳量子点（S-CQDs）动作荧光探针，该探针带有负电荷，且发蓝绿色荧光（图5）。乙酰硫代胆碱（ATC）在乙酰胆碱酯酶（AChE）的催化下水解生成带正电荷的硫代胆碱，由于静电作用导致硫代胆碱长入在S-CQDs名义，从而导致荧光减轻或猝灭，其旨趣很可能是基于FRET导致的荧光猝灭或荧光减轻。在该反应体系中，由于抗蚜威的存在阻挠了AChE活性，进而阻挠了ATC水解成硫代胆碱，导致极极少或者莫得硫代胆碱长入在S-CQDs名义，对S-CQDs的荧光脾性影响极小，其荧光强度与抗蚜威步调溶液在0.022～5.000 μg/mL范围内存在线性关系，最低检测限为0.006 μg/mL，该设施在信得过样品检测中进行考证，灵巧性高、检测范围广且操作浅近。该荧光探针的荧光猝灭依赖于体系中水解居品硫代胆碱，但硫代胆碱的生成受制于AChE，并受温度、pH值的影响。相同地，在有机磷的检测中，Carneiro等设想开采了一种基于CQDs荧光探针的传感有野心，诈欺AgNPs基于FRET不错有用猝灭CQDs荧光的旨趣，分别测定CQDs、CQDs/农药、CQDs/农药/AgNPs 3 个体系的荧光强度关系，通过线性判别分析得出最大化荧光反应模式的相反，对给定野心分析物作出相反反应，从而提供用于模式识别的指纹图谱进行检测；固然该设施只可进行半定量，但其较传统设施更为快速、浅近、有用，在灵巧度方面还需进一步素养。

2.4 食物中兽药残留的检测

环丙沙星（CPX）是一种氟喹诺酮类抗菌药物，其常被用于兽药中。Fan Yao等使用柠檬酸和谷胱甘肽通过水热法在200 ℃反应6 h制备硫氮掺杂碳量子点（S/N-CQDs）动作荧光探针检测四环素类抗生素，其检测旨趣是探针与四环素类抗生素联结时通过内滤效应（IFE）导致荧光猝灭（图6）。跟着四环素类抗生素浓度增多，S/N-CQDs的荧光强度缓缓缩短，在10 min内保抓走漏，其线性检测范围为1.88～60.00 μmol/L，检出限为0.56 μmol/L，四环素类抗生素在牛奶、蜂蜜、自来水中的回收率高达为93.61%～102.31%，在牛奶和蜂蜜样品的检测中快速、灵巧度高、采选性强。Wei Xiao等开采的基于碲化镉量子点荧光分子踪影传感器检测四环素类抗生素的线性范围为10～160 μmol/L，检出限为0.35 μmol/L。比拟于重金属量子点，S/N-CQDs在低浓度下检测四环素类抗生素的收尾更为准确，且不受其他抗生素和生物小分子打扰，体现了CQDs优厚的荧光性能和走漏性，在毒性方面CQDs比重金属量子点更适用于食物中的检测。

2.5 食物中重金属的检测

Zhao Xinyi等报说念了一种硼氮掺杂CQDs（B,NCQDs）动作多功能荧光探针用于环境水和生物样品中Co 2+ 的检测，杂原子的掺杂影响CQDs辐射光谱偏移和局部化学特征，同期因为硼、氮的掺杂改变了CQDs带隙的名义状况，素养了荧光量子产率和灵巧度。在检测环境水和复杂样品中Co 2+ 含量达到nmol/L水平，尤其在水环境中Co 2+ 的最低检测限为0.52 nmol/L。温度决定了CQDs的碳化和石墨化进程，而且复杂的前体碳源物资极大影响CQDs上的官能团种类与数目，固然CQDs在检测重金属离子方面发达出优良脾性，但对于CQDs检测的灵巧度以及走漏性，以及畛域化、步调化分娩CQDs还存在很大挑战。

2.6 其他物资的检测

Wang Weifeng等使用干百合花通过水热法合成CQDs，与硝酸银制备CQDs-AgNPs动作荧光探针检测奶粉中的三聚氰胺，检测限为7.9×10-12 g/mL，远低于欧盟的安全限值，标明合成的CQDs-AgNPs在检测液体食物中三聚氰胺灵巧度精湛且设施浅近。Carneiro等诈欺洋金凤种子通过水热法合成CQDs动作荧光探针，通过静态或动态猝灭机理在定量定性分析5 种食物添加剂，所得探针具有高度灵巧性，最低检测限低至252 ng/mL，在食物性量安全适度添加剂检测方面发达出优秀的应用长进。Wei Qingyi等基于单链DNA（ssDNA）和CQDs建议了一种浅近灵巧的开关型荧光生物传感用具于测定食物中的丙烯酰胺，该设施以ssDNA为猝灭剂与CQDs联结导致荧光猝灭，再通过丙烯酰胺特异性联结ssDNA使CQDs荧光再现，收场了丙烯酰胺的灵巧检测。

结 语

跟着东说念主民生流水平的持续素养，对食物的要求还是从“量”变化为“质”，食物安全问题也成为东说念主们广泛关爱的焦点。通过检测技能梗概保证食物安全，而食物安全检测需盲从快速、浅近、准确的要求，才智素养食物监管的时效性和科学性。CQDs动作一种新式荧光碳基纳米材料，具有斯托克斯位移大、光走漏性好、辐射波长可调、光化学走漏、精湛的生物兼容性等专有优点，在食物安全快速检测方面发达出庞大的潜在应用长进。现在已从合成、功能化、应用等方靠近CQDs进行了深远照管，并获得了一定的进展。然而，现在的照管中CQDs的荧光机理仍然存在庞大争议。由于前体碳源的丰富性和复杂性，合成的CQDs发达出有不同的荧光脾性，明确CQDs的荧光机理对采选有用合成阶梯和应用场景畸形进击。其次，现在大多数的合成设施王人是在现实室树立完成的，尚未进行大畛域制造，因此，大畛域制造的CQDs能否发达出与现实室制造CQDs交流的脾性还尚未知。CQDs是如生物成像、药物传递、抗菌材料、混浊物降解等应用中最受接待的材料之一，其绿色合成和大畛域分娩对经济和环境具有进击意思意思。CQDs与免疫分析设施和传感器技能的联结有望为食物安全快速检测提供一个具有长进的平台。

本文《碳量子点特出荧光探针在食物安全检测应用中的照管进展》起首于《食物科学》2023年44卷11期401-409页. 作家：杨茂杰，施晓，涂垚，饶钧玥，曹芸榕，吴任之，王利娜，韩国全. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220721-247. 点击下方阅读原文即可检察著述联系信息。

实习裁剪：李雄；株连裁剪：张睿梅。点击下方阅读原文即可检察全文。图片起首于著述原文及摄图网。

为进一步促进动物源食物科学的发展，带动产业的技能改造，更好的保险东说念主类体魄健康和素养生存品性，由北京食物科学照管院、中国肉类食物空洞照管中心、国度肉类加工工程技能照管中心及中国食物杂志社《食物科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主持，贵州大学共同主持，贵州医科大学、清华大学深圳外洋照管生院、河南省大鲵保护与发展协会救助协办，中国食物杂志社《肉类照管》杂志、《乳业科学与技能》杂志、《Food Science of Animal Products》经办白虎 意思，钛和中谱检测技能（厦门）有限公司、贵州油研纯香生态粮油科技有限公司、岛津企业不休(中国)有限公司、四川安好众泰科技有限公司、贵州成义烧坊酒业股份有限公司、贵州黔醉酒业（集团）有限公司、黔东南民生食物有限公司、贵州普安红茶业（集团）有限公司等企业扶助的“2023年动物源食物科学与东说念主类健康外洋研讨会”行将于2023年10月28-29日在贵州贵阳召开。