鄧健康,吳曈,扈婧,王青華,張迪,趙娟娟,吳榮榮*
(1.河北省濕地生態(tài)與保護(hù)重點(diǎn)實驗室,河北衡水053000;2.衡水學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院,河北衡水053000)
展青霉素(patulin,PAT)又名棒曲霉素,是一種由曲霉和青霉等真菌產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物,同時也是一種神經(jīng)毒素。目前發(fā)現(xiàn)約有60種微生物都能產(chǎn)生展青霉素,包括曲霉屬(Aspergillus)、青霉屬(Penicillium),毛霉屬(Mucor)、鐮胞屬(Fusarium)、絲衣霉屬(Byssochlamys)[1]。展青霉素在生活中并不少見,廣泛存在于各種霉變水果和青貯飼料中,主要污染水果及其制品,尤其是蘋果、山楂、梨、番茄、蘋果汁和山楂片等[2]。研究表明,在137個水果制品中,有30.7%的樣品展青霉素濃度在10.0 g/kg~276.9 g/kg[3]。展青霉素對胃具有刺激作用。毒理學(xué)試驗表明,展青霉素具有影響生育、致癌和致畸等毒理作用,嚴(yán)重可導(dǎo)致呼吸和泌尿等系統(tǒng)的損害,甚至導(dǎo)致神經(jīng)麻痹、肺水腫、腎功能衰竭,對人體有很大的潛在危害[4]。許多國家和組織規(guī)定了食品中展青霉素的最大限量,GB 2761—2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中真菌毒素限量》中規(guī)定水果及其制品中展青霉素限量標(biāo)準(zhǔn)為50 μg/kg,國際組織尤其是歐盟等規(guī)定果汁類產(chǎn)品中展青霉毒素的最大含量低于50 μg/kg,兒童和嬰兒食品中展青霉素的限量更低,不得高于 10 μg/kg[2,5]。
對展青霉素實現(xiàn)高靈敏、特異性和快速現(xiàn)場檢測,是控制展青霉素污染的關(guān)鍵。食品中展青霉素的傳統(tǒng)定量分析方法主要包括:高效液相色譜法(high performance liquid chromatography,HPLC)、高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法(high-performance liquid chromatography tandem mass spectrometry,HPLC-MS)、薄層色譜法(thin-layer chromatography,TLC)、氣相色譜-質(zhì)譜(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS) 和毛細(xì)管電泳(capillary electrophoresis,CE)等。近幾年已經(jīng)有多篇綜述回顧和總結(jié)了以上一種或幾種檢測方法的進(jìn)展[2,6-9]。本文從樣品前處理方法、分子印跡技術(shù)和適配體傳感器等方面的最新進(jìn)展進(jìn)行總結(jié),以期為展青霉素檢測和質(zhì)量控制提供參考和支撐。
傳統(tǒng)檢測方法中通常會遇到雜質(zhì)干擾等問題,需要對樣品進(jìn)行前處理,從而獲得更準(zhǔn)確的定性和定量信息。前處理方法通常包括液液萃取、固相萃取和分散 固 相 萃 ?。╭uick、easy、cheap、rugged、safe,QuECh-ERS),此外基于先進(jìn)納米材料的前處理方法也是研究的前沿。
液液萃取(liquid-liquid extraction,LLE)又稱溶劑萃取,已經(jīng)廣泛用于食品中展青霉素的前處理。GB 5009.185—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中展青霉素的測定》中采用乙酸乙酯作為溶劑萃取展青霉素[10]。但是LLE耗費(fèi)較多有機(jī)溶劑、成本較高。因此研究者正開發(fā)更多方法用于展青霉素的提取和分離。在分散液液微萃?。╠ispersive liquid-liquid microextraction,DLLME)方法中,萃取溶劑在分散溶劑的輔助下形成微小液滴,均勻分散在水樣中,將展青霉素不斷地萃取到有機(jī)相中,最后在水樣和微量萃取劑之間達(dá)到平衡。乳濁液體系經(jīng)離心后,收集沉淀中的展青霉素。該方法用于蘋果汁和濃縮果汁樣品中展青霉素的定量分析,具有低基質(zhì)效應(yīng)、操作方便、富集效率高和萃取劑使用量少的優(yōu)點(diǎn)[11]。MAHAM等[12]提出了二元溶劑分散液-液微萃取法(binary solvents-based dispersive liquid-liquid microextraction,BS-DLLME)分離蘋果汁中展青霉素。乙腈為分散溶劑、乙酸乙酯/氯仿為萃取溶劑,與DLLME相比,BS-DLLME提取效率更高。Li等[13]將單滴液-液-液微萃?。╯ingle-drop liquid-liquid-liquid microextraction,SDLLLME)-同位素稀釋-超高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(isotope dilution ultra performance liquid chromatography mass spectrometry,ID-LC-MS/MS)技術(shù)應(yīng)用于蘋果汁中展青霉素分析,大大降低了蘋果汁中富糖基質(zhì)的干擾,為高糖復(fù)合基質(zhì)中痕量污染物的富集開辟了新的前景。盡管DLLME技術(shù)簡便快速、成本低,但是仍然用到有毒有機(jī)試劑、需要蒸發(fā)過程等。鹽析-旋渦輔助液-液微萃?。╲ortex-assisted liquid-liquid microextraction,VALLME)是在 DLLME 基礎(chǔ)上的進(jìn)一步發(fā)展,VALLME的一個重要特性是將萃取溶劑分散到水溶液樣品中,通過渦旋獲得乳濁液。無需分散溶劑,只需200μL己醇作為萃取溶劑,漩渦45s,即可提取5 mL樣品中的展青霉素和糠醛[14]。
固相萃?。╯olid-phase extraction,SPE)是食品樣品制備的最常用的工具之一。食品樣品基質(zhì)復(fù)雜、干擾物質(zhì)多,展青霉素與5-羥甲基糠醛的光譜圖接近,難以從光譜圖上進(jìn)行有效區(qū)分。因此研究者們常采用固相萃取或質(zhì)譜技術(shù)提高方法的檢測性能。Seo等[15]對比了 4 種固相萃取柱 HLB SPE、C18 SPE、Silica SPE、EASIMIPTM展青霉素分子印跡固相萃取柱去除雜質(zhì)和抑制離子化效率波動的效果,結(jié)果發(fā)現(xiàn)HLB SPE效果最佳,ID-LC-MS/MS檢測,展青霉素含量在3 μg/kg~40 μg/kg方法擴(kuò)展不確定度約1%。隨著痕量殘留物提取和凈化技術(shù),以及高分辨率質(zhì)譜等分析技術(shù)的不斷進(jìn)步,使得展青霉素高通量檢測成為可能。Yang等[16]采用Oasis MAX 96孔板純化離心果汁的上清液,超高效液相色譜-串聯(lián)四極桿質(zhì)譜(ultra performance liquid chromatography tandem quadrupole mass spectrometry,UPLC-MS/MS)檢測,可以實現(xiàn)展青霉素的快速高通量檢測,該方法可用于常規(guī)大量樣品的檢測工作。My-AflaPat多功能凈化柱無需活化、上樣、洗脫等步驟,樣品加入凈化柱后,提取液通過固定相進(jìn)入套管中,即可實現(xiàn)提取液中的雜質(zhì)與展青霉素的一步分離,操作快捷、方便[17]。毛細(xì)管開管柱內(nèi)固相微萃取技術(shù)是一種新型的固相微萃?。╯olid-phase microextraction,SPME)技術(shù)。Zhang等[18]采用化學(xué)鍵合的方法將金納米顆粒修飾至硅烷化石英毛細(xì)管內(nèi)壁,再將適配體修飾在金納米顆粒表面,將適配體修飾在毛細(xì)管柱內(nèi)壁,該技術(shù)成功地將適配體的高特異性和高親和力的優(yōu)點(diǎn)與管內(nèi)固相微萃取的快速高效的特點(diǎn)結(jié)合起來,實現(xiàn)了對展青霉素的高效分離。
磁性固相萃取是以磁性材料作為吸附劑的一種固相萃取技術(shù),此技術(shù)已經(jīng)廣泛用于真菌毒素的分析。Wang等[19]采用溶劑熱法制備了氧化石墨烯基磁性納米復(fù)合材料(graphene oxide based magnetic nanomaterials,MGO),并對吸附劑 MGO 用量、洗脫時間、樣品pH值、離子強(qiáng)度、洗脫溶劑和體積等進(jìn)行了優(yōu)化。在最優(yōu)萃取條件下,對蘋果汁中展青霉素進(jìn)行萃取富集,HPLC法測定,該方法檢出限為2.3 μg/kg,回收率為68.7%~83.6%。Yu等[20]以苯并呋喃-2-羧酸為載體的磁性納米復(fù)合材料,用于蘋果汁中展青霉素的預(yù)濃縮。傳統(tǒng)固相萃取柱重復(fù)使用時存在交叉污染和吸附能力過限等問題,Yu等合成的磁性納米復(fù)合材料可以多次重復(fù)使用,富集能力強(qiáng)。磁性納米材料有望成為未來固相萃取的理想材料,目前用于固相萃取的磁性納米材料仍面臨回收率低、合成復(fù)雜等問題。
基于QuEChERS方法的樣品制備步驟包括乙腈溶液提取,加入氯化鈉和硫酸鎂使乙腈和水分層,取上清液加入硫酸鎂、N-丙基乙二胺(primary-secondary amine,PSA)吸附劑和C18吸附劑進(jìn)行分散固相萃取,去除色素、有機(jī)酸、金屬離子等雜質(zhì)干擾[21]。盡管QuEChERS有眾多優(yōu)點(diǎn),但應(yīng)用于含水量低的樣品或色素和脂肪含量高的樣品仍然存在復(fù)雜基質(zhì)干擾等問題。為此近年來更多改進(jìn)方法逐漸出現(xiàn)在視野中。例如將QuEChERS與SPE策略相結(jié)合,可有效去除樣品基質(zhì)干擾和濃縮展青霉素,以13C7展青霉素同位素內(nèi)標(biāo),可以應(yīng)用于多種實際樣品中展青霉素的檢測。對所測多種基質(zhì),該方法的重復(fù)性低于10%[22]。Sadok等[23]進(jìn)一步改進(jìn)QuEChERS,以1%乙酸酸化的乙腈為提取溶劑,加入硫酸鎂、氯化鈉和檸檬酸鹽緩沖液,隨后采用PSA吸附劑和石墨化碳為分散固相萃取劑。
傳統(tǒng)的檢測方法普遍需要大型精密儀器設(shè)備以及專業(yè)技術(shù)人員,限制了這些檢測方法的廣泛使用。因此發(fā)展簡便、檢測速度快、靈敏度高的檢測方法變得至關(guān)重要。基于納米材料的傳感器可以實現(xiàn)上述要求,逐漸成為展青霉素分析的有力工具。分子印跡聚合物(molecularly imprinted polymers,MIPs)中特定的結(jié)合位點(diǎn)與靶標(biāo)的特異性結(jié)合。這些結(jié)合位點(diǎn)的形狀,大小以及特定官能團(tuán),賦予其識別靶標(biāo)的特異性。與其它功能化材料相比,MIPs具有成本低,親和力和特異性強(qiáng),化學(xué)和物理特性高度穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。MIPs的這些突出優(yōu)點(diǎn)使它們可以廣泛用于各個領(lǐng)域,例如分離[24]、化學(xué)/生物傳感[25]等。
Anene等[26]采用兩步法制備了新型分子印跡聚合物。首先,將3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(γmethacryloxy propyl trimethoxyl silane,γ-MPTS)與四乙氧基硅烷(tetraethyl orthosilicate,TEOS)混合得到 SiO2-γ-MPTS。在SiO2-γ-MPTS基礎(chǔ)上以展青霉素為模板,馬來酸為功能單體,乙二醇二甲基丙烯酸酯作為交聯(lián)劑,2,2’-偶氮二異丁腈作為前體,乙腈作為成孔劑,最終得到SiO2MA@MIP。采用新型MIP@SPE提取展青霉素,HPLC分析,檢測限和定量限低至8.6 μg/L和28.6 μg/L。對于高色素含量的樣品,分子印跡親和柱能更好地去除色素干擾。除此之外有研究表明與SPE和QuEChERS相比,分子印跡固相萃取小柱能明顯提高回收率[27]。但分子印跡材料合成過程中完全去除模板分子存在一定困難,易產(chǎn)生假陽性結(jié)果。通過設(shè)計假模板分子可以解決上述問題。Yang等[28]采用與展青霉素結(jié)構(gòu)相似的2-吲哚酮作為假模板分子,表面印跡與溶膠凝膠法結(jié)合制備出一種對展青霉素具有特異性吸附的MIPs。將MIPs作為在線固相萃取吸附劑。在最優(yōu)富集條件下,在線固相萃取柱對展青霉素的富集倍數(shù)為125倍。Zhang等[29]的研究以雙模板合成MIPs,此MIPs作為SPE填料,可以有效吸附和濃縮展青霉素。Zhao等[30]在后續(xù)研究中,通過表面印跡技術(shù)制備了一種新型磁性分子印跡聚合物。分子印跡聚合物與磁性納米粒子耦合后對展青霉素的吸附能力高于常規(guī)MIPs。在 Moreno-González等[31]的最新研究中,通過在線分子印跡固相萃取-毛細(xì)管區(qū)帶電泳-質(zhì)譜技術(shù),實現(xiàn)了展青霉素檢測儀器的小型化和自動化,并且可以有效避免5-羥甲基糠醛的干擾,為未來分子印跡材料與傳統(tǒng)檢測技術(shù)的結(jié)合提供了新的思路。
分子印跡熒光傳感器結(jié)合了MIPs的高親和力和高選擇性以及熒光傳感器的高靈敏度,成為分子印跡傳感器領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)之一[32]。量子點(diǎn)(quantum dots,QDs)是一種半導(dǎo)體熒光納米材料。QDs的尺寸可調(diào),熒光強(qiáng)度高,熒光穩(wěn)定性好,使其得以應(yīng)用在很多領(lǐng)域。非鎘基量子點(diǎn)可以減少環(huán)境毒性,是目前的研究熱點(diǎn)。錳摻雜ZnS量子點(diǎn)(Mn-ZnS QDs)是研究最多的量子點(diǎn)之一。Zhang等[33]合成了Mn:ZnS量子點(diǎn)表面包覆分子印跡材料應(yīng)用于展青霉素檢測。Mn-ZnS QDs表面印跡材料通過溶膠凝膠法制備而成,假模板分子(6-羥基煙酸)脫去后,形成識別空腔選擇性識別展青霉素。展青霉素與印跡空腔結(jié)合導(dǎo)致Mn-ZnS QDs光強(qiáng)度降低,但該方法的靈敏度和抗干擾性能有待于提高。
上轉(zhuǎn)換納米材料(upconversion nanoparticles,UCNPs)作為新一代納米熒光探針,UCNPs具有高度的光化學(xué)穩(wěn)定性,尖銳的發(fā)射帶寬和大的反斯托克斯位移(高達(dá)500 nm),這些優(yōu)點(diǎn)使其適合用于制備復(fù)合熒光納米探針。在過去幾年中,人們對UCNPs在食品分析領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了廣泛探索。常潔[34]利用溶劑熱法制得油溶性上轉(zhuǎn)換納米晶 β-NaYF4:Yb3+,Er3+,再用 TritonX-100和堿水解法對其進(jìn)行水溶性改性和SiO2包覆,合成一種兼具支撐載體和信號輸出功能的新型熒光載體UCNPs@SiO2,然后運(yùn)用表面印跡技術(shù)制備出對痕量展青霉毒素具有高選擇性的熒光分子印跡聚合材料UCNPs@MIPs。隨著展青霉素濃度的增加UCNPs@MIPs的熒光淬滅程度不斷增加。制備過程如圖1所示。
圖1 銀納米顆粒-金屬有機(jī)框架材料-展青霉素-分子印跡聚合物的制備過程Fig.1 Schematic image for synthesis of MIP-capped AgNPs@ZnMOF
如圖1所示,Bagheri等[35]合成了銀納米顆粒-金屬有機(jī)框架材料(AgNPs@ZnMOF),以AgNPs@ZnMOF為載體,合成分子印跡聚合物(MIP-AgNPs@ZnMOF)。MIP-AgNPs@ZnMOF具有高過氧化物酶活性,催化過氧化氫-對苯二甲酸產(chǎn)生熒光產(chǎn)物。展青霉素通過氫鍵或與氨基發(fā)生親電相互作用進(jìn)入MIP位點(diǎn),抑制MIP-AgNPs@ZnMOF的催化活性,從而實現(xiàn)定量分析。
分子印跡電化學(xué)傳感器是基于分子印跡材料和電化學(xué)技術(shù)的具有特異識別能力的電化學(xué)傳感器,具有高特異性、簡便和高效的特點(diǎn)。構(gòu)建理想的電化學(xué)傳感器,需要修飾電極表面以獲得更高的電活性。Guo等[36]利用分子印跡技術(shù)結(jié)合碳點(diǎn)、殼聚糖和金納米粒子修飾玻碳電極表面,循環(huán)伏安法和差分脈沖伏安法監(jiān)控電聚合過程。碳點(diǎn)、殼聚糖和金納米粒子沉積在玻碳電極表面,電極表面積增加,電極導(dǎo)電率增大。此傳感器的線性范圍為 1×10-12mol/L~1×10-9mol/L,檢出限為7.57×10-13mol/L。Huang等[37]提出了一種表面功能單體誘導(dǎo)策略構(gòu)建展青霉素分子印跡電化學(xué)傳感器。硫堇作為分子印跡聚合物的功能單體和信號指示劑,將鉑納米顆粒、氮摻雜石墨烯和硫堇的優(yōu)良導(dǎo)電性與信號放大相結(jié)合,提高了靈敏度。此外,該傳感器具有良好的穩(wěn)定性、可重復(fù)性和選擇性。
綜上,多種分析技術(shù)與分子印跡材料結(jié)合,擴(kuò)展了現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用范圍,提高了靈敏度、特異性等?;诜肿佑≯E材料的傳感手段已經(jīng)取得了許多成果,并且部分成果已經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化和實際應(yīng)用。但仍然存在以下問題:高通量檢測是實現(xiàn)快速現(xiàn)場檢測的重要因素,基于MIPs的高通量快速檢測傳感器的研究處于初步階段;MIPs制備過程復(fù)雜,開發(fā)合成簡便、高效的MIPs迫在眉睫;部分MIPs局限在非極性環(huán)境中,水相中有效吸附和識別展青霉素這一問題依然有待解決。
當(dāng)今國際科研領(lǐng)域,適配體傳感器(Aptasensor)的研究已成為最為活躍的前沿科學(xué)之一。核酸適配體(Aptamer)可以特異性結(jié)合目標(biāo)分子如蛋白質(zhì)、氨基酸、有機(jī)小分子和無機(jī)離子等[38]。適配體和真菌毒素等目標(biāo)分子的結(jié)合具有很強(qiáng)的專一性和選擇性。相對抗體來說,核酸適配體不依賴于動物或細(xì)胞,可以直接通過人工合成獲得。適配體的穩(wěn)定性和耐受性好,且其變性是可逆的,適合長期貯存和在常溫下運(yùn)輸。適配體傳感器具有特異性好、制備過程相對簡單的特點(diǎn),可以實現(xiàn)多種場合的現(xiàn)場快速檢測[39-41]。因此,研究檢測展青霉素的適配體傳感器具有重要意義。然而,適配體傳感器檢測展青霉素存在一個障礙,那就是食品或環(huán)境中殘存的展青霉素往往是微量,甚至是痕量的。一般情況下,樣品前處理過程會對待測物造成損失或稀釋,檢測方法的最低檢測限需低于限量標(biāo)準(zhǔn)1個數(shù)量級才能保證對待測物的準(zhǔn)確檢測。
Wu等[42]通過氧化石墨烯輔助的指數(shù)富集(systemic evolution of ligands by exponential enrichment,SELEX)過程,篩選得到與展青霉素特異性結(jié)合的、高親和力適配體。在候選適配體中,PAT-11序列與展青霉素結(jié)合,親和力更高,選擇性更好,解離常數(shù)(kd)為(21.83±5.02)nmol/L。氧化石墨烯(rGO-Fe3O4)吸附后導(dǎo)致羧基熒光素(carboxyfluorescein,F(xiàn)AM)熒光淬滅,在展青霉素存在時,適配體與靶標(biāo)結(jié)合,使熒光恢復(fù)。DNase I不能水解rGO-Fe3O4上的適配體,但能夠水解未吸附的適配體-展青霉素復(fù)合體,釋放FAM和展青霉素,引發(fā)循環(huán)放大。rGO-Fe3O4吸附適配體后經(jīng)磁分離,可以降低背景信號干擾,顯著降低檢測限[42]。
生物傳感器的靈敏度通常依賴于目標(biāo)分析物濃度與信號之間建立的關(guān)系。只有單一信號輸出的熒光傳感器,基于檢測信號增高或檢測信號降低,有可能出現(xiàn)假陽性或假陰性的檢測結(jié)果。而具有兩個檢測信號的比率型傳感器則可克服單一信號輸出的不足。靶分子的存在會引起一種熒光基團(tuán)信號增強(qiáng),另一種熒光信號降低。該策略不僅可提高檢測靈敏度,還可增強(qiáng)特異性[43]。比率型熒光探針可以消除探針自身的不穩(wěn)定性,也可以削弱檢測環(huán)境帶來的誤差。例如Ahmadi等[40]利用FAM和羧基四甲基羅丹明(carboxytetramethylrhodamine,TAMRA)標(biāo)記的DNA構(gòu)建了展青霉素比率傳感器,F(xiàn)AM與TAMRA在490 nm激發(fā)下發(fā)生熒光共振能量轉(zhuǎn)移(fuorescence resonance energy transfer,F(xiàn)RET)現(xiàn)象,不僅避免了環(huán)境信號干擾問題,而且提高了傳感器的靈敏度。通過DNA序列的精準(zhǔn)設(shè)計,進(jìn)一步提高了適體傳感器的靈敏度。在Zhang等[44]的最新研究中,聚集誘導(dǎo)發(fā)光分子、酶輔助鏈置換信號放大和磁分離技術(shù)結(jié)合,相比Ahmadi等[40]的研究,靈敏度更高,檢測限達(dá)到0.042 ng/L。與商品化DNA標(biāo)記染料相比,TTAPE穩(wěn)定性更好,結(jié)合鏈置換信號放大和磁分離技術(shù),使該傳感器成功應(yīng)用于蘋果和葡萄汁中展青霉素的檢測。Wu等[39]提出了一種新的基于FRET的展青霉素測定方法。稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料(upconversion nanoparticles,UCNPs)作為熒光供體,金納米顆粒(gold nanoparticles,AuNPs)作為熒光受體,適配體修飾在UCNPs表面,互補(bǔ)鏈pcDNA修飾在AuNPs表面,將二者孵育得到UCNPs-AuNPs復(fù)合結(jié)構(gòu),導(dǎo)致上轉(zhuǎn)換發(fā)光的猝滅。展青霉素存在時適配體與pcDNA解離,熒光恢復(fù),通過熒光信號的差異實現(xiàn)展青霉素的定量檢測。采用核酸外切酶催化的靶循環(huán)策略,提高了FRET系統(tǒng)的靈敏度。分析過程僅需要50 min[45]。
電化學(xué)適配體傳感器是通過將適配體直接或間接連接在導(dǎo)電襯底上而開發(fā)的傳感器,電化學(xué)阻抗法,伏安法(循環(huán)伏安法、微分脈沖伏安法、方波伏安法、線性掃描伏安法)和場效應(yīng)晶體管是最常見的檢測手段。電化學(xué)適配體傳感器具有選擇性好、靈敏度高、分析速度快和成本低的特點(diǎn),能在復(fù)雜體系中進(jìn)行在線連續(xù)監(jiān)測,廣泛應(yīng)用于化學(xué)、生命科學(xué)、食品和環(huán)境等領(lǐng)域[45]。在大多數(shù)情況下,首先對電極表面進(jìn)行功能化,以使適量的適配體結(jié)合,并改善電子轉(zhuǎn)移特性[46]。納米材料和納米復(fù)合材料已被用于增加電活性區(qū)域,增加適配體的負(fù)載量。展青霉素適配體傳感器示意圖如圖2所示,將殼聚糖-氧化鋅-納米花修飾電極上,電沉積法將金納米顆粒AuNPs修飾在納米花表面,通過Au-S鍵連接互補(bǔ)單鏈DNA,適配體修飾的多孔金屬有機(jī)框架@亞甲基藍(lán)作為信號探針。由于氧化鋅納米花具有較大的比表面積,電極可以加載更多的信號探針和AuNPs來實現(xiàn)信號放大[46]。展青霉素與適配體結(jié)合釋放互補(bǔ)單鏈DNA和信號探針,導(dǎo)致電信號降低。此傳感器具有可重復(fù)性、可再生性、長期穩(wěn)定性和特異性的優(yōu)點(diǎn)[47]。Xu等[48]用黑磷納米片(black phosphorus nanosheets,BPNS) 對玻碳電極 (glassy carbon electrode,GCE)進(jìn)行修飾,靜電吸附展青霉素適配體。展青霉素與適配體結(jié)合,阻礙電極表面的電子轉(zhuǎn)移,為了提高傳感器的性能,用金納米顆粒對BPNSGCE進(jìn)行了進(jìn)一步的修飾,然后用巰基修飾適配體對其進(jìn)行修飾。修飾后的電極用于展青霉素檢測,具有更寬的線性范圍(0.1 nmol/L~10.0 μmol/L)和更低的檢測限(0.03 nmol/L)。
圖2 展青霉素適配體傳感器示意圖Fig.2 Schematic representation based aptamer sensor for DAT detection
目前篩選得到的展青霉素適配體序列較少,在穩(wěn)定性與親和力等方面仍需加強(qiáng)研究。在檢測食物樣品中展青霉素時,檢測體系中的基質(zhì)會影響適配體特異性和標(biāo)記染料的穩(wěn)定性。通過簡化的樣品制備過程來降低基質(zhì)效應(yīng),適配體與穩(wěn)定易標(biāo)記的納米材料相融合,是展青霉素適配體傳感器面臨的挑戰(zhàn)和今后發(fā)展的趨勢。近年來分子印跡材料和適配體技術(shù)有力推動了展青霉素檢測方法,常見檢測方法如表1所示。
表1 近年基于分子印跡材料和適配體的展青霉素檢測方法匯總Table 1 Summary of patulin detecting methods based on MIPs or aptamer in recent years
傳統(tǒng)檢測方法中通常會遇到雜質(zhì)干擾等問題,需要對樣品進(jìn)行前處理,從而獲得更準(zhǔn)確的定性和定量信息。前處理方法通常包括液液萃取、固相萃取和QuEChERS,基于先進(jìn)納米材料的固相微萃取和磁性納米材料可以減少有機(jī)溶劑使用量、簡化處理過程,有望成為未來固相萃取的理想手段。展青霉素分子印跡技術(shù)的建議合成方法、低毒材料的合成,分離和傳感的作用機(jī)理研究仍需不斷探索。分子印跡材料在水相中的展青霉素識別存在一定困難,需要加強(qiáng)在水相中的應(yīng)用。適配體傳感器具有特異性好、制備過程相對簡單的特點(diǎn),可以實現(xiàn)多種場合的現(xiàn)場快速檢測。但目前展青霉素適配體序列較少,在穩(wěn)定性與親和力等方面仍需加強(qiáng)研究。在檢測食物樣品中展青霉素時,檢測體系中的基質(zhì)會影響適配體特異性和標(biāo)記染料的穩(wěn)定性。通過簡化的樣品制備過程來降低基質(zhì)效應(yīng),適配體與穩(wěn)定易標(biāo)記的納米材料相融合,是展青霉素適配體傳感器面臨的挑戰(zhàn)和今后發(fā)展的趨勢。
當(dāng)前,復(fù)雜食品基質(zhì)中展青霉素的檢測朝著準(zhǔn)確、快速、環(huán)保和高通量的方向發(fā)展,相信隨著納米技術(shù)、適配體和DNA技術(shù)的發(fā)展,未來分子印跡材料和適配體將在展青霉素樣品前處理和檢測領(lǐng)域發(fā)揮更加積極的作用。