上轉(zhuǎn)換發(fā)光技術(shù)在國(guó)內(nèi)食品污染物檢測(cè)中的研究進(jìn)展

柳明，左玥華，楊磊，王華，翟自芹，張園，孫俐，劉烜，劉偉，趙琢

（天津出入境檢驗(yàn)檢疫局工業(yè)產(chǎn)品安全技術(shù)中心，海關(guān)總署進(jìn)出口食品安全毒理安全評(píng)價(jià)應(yīng)急檢驗(yàn)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，天津300308）

食品中有害物殘留和污染問題不僅會(huì)危害使用者的身體健康，還會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，并帶來一系列的社會(huì)問題，是全世界重點(diǎn)關(guān)注的問題。隨著農(nóng)業(yè)、工業(yè)和食品生產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，食品加工新技術(shù)、新材料和新工藝不斷開發(fā)應(yīng)用，食品污染、有害物殘留等問題時(shí)有發(fā)生。傳統(tǒng)食品污染物檢測(cè)技術(shù)以儀器分析方法為主，如色譜法、光譜法、質(zhì)譜法、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)法等，具有靈敏度高、特異性好，結(jié)果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但也存在樣品處理繁雜、檢測(cè)成本高、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)等不足，難以滿足快速、高效、廉價(jià)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和監(jiān)督需求。因此，食品檢測(cè)新技術(shù)和新型材料的研發(fā)顯得尤為重要。近年來，上轉(zhuǎn)換發(fā)光（upconversion luminescence，UCL）技術(shù)發(fā)展迅速，上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料（upconversion luminescent materials，UCLM）在食品中有毒有害物質(zhì)檢測(cè)技術(shù)中的應(yīng)用研究逐漸成為熱點(diǎn)。本文主要對(duì)近幾年UCLM在國(guó)內(nèi)食品污染物檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行綜述，著重介紹其在食品病原微生物、小分子有機(jī)污染物和重金屬元素檢測(cè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展。

1 上轉(zhuǎn)換發(fā)光

UCL屬于反-斯托克斯（Anti-Stokes）發(fā)光，由N.Bloemberge于1959年首次報(bào)道[1]，F(xiàn).Auzel于1966年正式提出UCL的概念[2]。UCL與斯托克斯規(guī)則描述的發(fā)光效果相反：當(dāng)UCLM在受到長(zhǎng)波長(zhǎng)、低能光激發(fā)時(shí)，可以發(fā)射短波長(zhǎng)、較高能的光。其機(jī)理可以概括為：發(fā)光離子或分子從基態(tài)被激發(fā)到中間激發(fā)態(tài)，然后通過光子吸收或能量轉(zhuǎn)移進(jìn)行二次激發(fā)，從而將其提升到更高的能級(jí)，被激發(fā)的離子或分子通過輻射弛豫過程返回基態(tài)并發(fā)射光子，其能量高于激發(fā)所用的能量[3]。

目前，已研究發(fā)現(xiàn)多種上轉(zhuǎn)換發(fā)光體系，主要包括：稀土摻雜（rare-earthdoped，RED）體系[4-6]、三重態(tài)-三重態(tài)湮滅（triplet-triplet annihilation，TTA）體系[7-9]和雙光子吸收（two-photon absorption，TPA）體系[10-12]等。其中，稀土摻雜的UCL主要利用鑭系稀土離子（如Yb3+和Er3+）之間的能量轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)上轉(zhuǎn)換發(fā)光，是目前效率最高、應(yīng)用最多的UCL體系。根據(jù)激發(fā)方式的不同，其發(fā)光機(jī)制可分為激發(fā)態(tài)吸收（excited state absorption，ESA）[10]、能量傳遞（energy transfer，ET）[13]和光子雪崩（photon avalanche，PA）[14]3種類型。

相對(duì)于傳統(tǒng)的熒光染料和量子點(diǎn)等發(fā)光體系，稀土摻雜的UCLM具有背景噪音小、耐光漂白、發(fā)射帶尖銳、信號(hào)穿透性好、吸收率低等優(yōu)點(diǎn)[15]。利用這一特殊發(fā)光現(xiàn)象可以建立多種新的發(fā)光系統(tǒng)，在激光器、生物成像、光源、太陽能電池、傳感器、醫(yī)學(xué)檢測(cè)、食品檢測(cè)等領(lǐng)域[16-18]具有廣泛的應(yīng)用前景和開發(fā)潛力。特別是在食品污染物檢測(cè)領(lǐng)域，近年來國(guó)內(nèi)多個(gè)課題組從事相關(guān)材料制備和方法建立研究，發(fā)表了大量相關(guān)研究結(jié)果。本文以稀土摻雜的UCLM為關(guān)注點(diǎn)，綜述近年來UCL技術(shù)在食品污染物檢測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，為相關(guān)研究的開展和深入提供參考和借鑒。

2 UCLM在食品污染物檢測(cè)中的應(yīng)用

目前，摻雜鑭系稀土離子的UCLM在食品污染物檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用最為廣泛，一般應(yīng)用方式包括：制備適當(dāng)粒徑和形狀的UCLM，建立能量共振轉(zhuǎn)移標(biāo)記系統(tǒng)，通過對(duì)UCLM進(jìn)行修飾和改性，使其易于與抗體、適配體、分子印跡等識(shí)別材料結(jié)合，利用免疫層析、生物芯片、傳感等技術(shù)方法實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的檢測(cè)。

UCLM于上世紀(jì)末最早應(yīng)用于免疫分析領(lǐng)域，開發(fā)出相應(yīng)免疫層析試紙，經(jīng)過不斷深入研究，檢測(cè)目標(biāo)物逐漸拓展到蛋白、核酸、代謝物、激素、重金屬等，隨著納米技術(shù)、免疫技術(shù)及傳感技術(shù)的發(fā)展，UCLM與新興技術(shù)和材料相結(jié)合，越來越多的應(yīng)用于食品檢測(cè)領(lǐng)域（見表1），目標(biāo)物涵蓋病原微生物、生物毒素、小分子有機(jī)污染物及重金屬元素等[19]。

2.1 病原微生物及生物毒素

2.1.1 食源性致病菌

食源性致病菌是引起食源性疾病和食物中毒的主要原因，全世界每年有大量腹瀉患者，46%以上是由食源性致病菌引起的，是衛(wèi)生和監(jiān)管部門重點(diǎn)關(guān)注的食品污染物之一。其中最常見的有大腸桿菌、沙門氏菌、副溶血弧菌、金黃色葡萄球菌、空腸彎曲桿菌、腸毒素型大腸埃希菌、李斯特菌等。

Cheng 等[20]將摻雜 Mn2+的 NaYF4：Yb，Tm 上轉(zhuǎn)換納米顆粒與鼠傷寒沙門氏菌（Salmonella typhimurium）核酸適配體偶聯(lián)，結(jié)合金納米棒構(gòu)建發(fā)光能量轉(zhuǎn)換（luminescence energy transfer，LET）系統(tǒng)，用于鼠傷寒沙門氏菌檢測(cè)（見圖1），方法線性范圍12 cfu/mL～5×105cfu/mL（R=0.99），檢出限 11 cfu/mL，在牛奶樣品中的添加回收率為85.5%～105.5%，檢測(cè)結(jié)果與平板計(jì)數(shù)法一致，該方法在食源性致病菌檢測(cè)領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

Birui Jin等[21]將UCL技術(shù)與熒光共振能量轉(zhuǎn)移技術(shù)（fluorescence resonance energy transfer，F(xiàn)RET）結(jié)合，利用上轉(zhuǎn)換納米顆粒（NaYF4：Yb，Er）與適配體建立大腸桿菌（Escherichia coli ATCC8739）檢測(cè)方法，檢測(cè)范圍5 cfu/mL～106cfu/mL，檢出限3 cfu/mL?？稍?0 min內(nèi)完成對(duì)牛奶和水樣中目標(biāo)物的檢測(cè)，所建立的上轉(zhuǎn)換納米顆粒-FRET適配體傳感器可以對(duì)致病菌、小分子有機(jī)物、重金屬等多種污染物進(jìn)行檢測(cè)，具有較好的應(yīng)用潛力。

圖1 上轉(zhuǎn)換-LET系統(tǒng)檢測(cè)鼠傷寒沙門氏菌示意圖Fig.1 Schematic diagram of the detection procedure of Salmonella typhimurium by upconversion-LET system

2.1.2 真菌毒素

真菌毒素是霉菌在基質(zhì)中生長(zhǎng)時(shí)產(chǎn)生的有毒代謝物，通常由食品和飼料發(fā)生霉變時(shí)產(chǎn)生，可以引起人或動(dòng)物中毒，是世界公認(rèn)的主要食品污染物之一。其中以黃曲霉毒素、赫曲霉毒素、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇、展青霉素等最為常見。

Cuicui Sun 等[22]用單克隆抗體修飾 NaYF4：Yb，Er上轉(zhuǎn)換熒光顆粒制備信號(hào)探針，用抗原修飾磁性納米粒子制成免疫傳感探針，對(duì)黃曲霉素B1進(jìn)行檢測(cè)，在0.2 ng/mL～100 ng/mL濃度范圍內(nèi)線性良好（R2=0.938），檢出限0.2 ng/mL，在食用花生油中添加回收率為90.1%～113.4%。該方法可以用于花生油或其他谷物中真菌毒素的快速篩查。洪霞等[23]將上轉(zhuǎn)換納米顆粒Y2O2S：Yb3+，Er3+與黃曲霉素B1單克隆抗體偶聯(lián)制備免疫層析試紙條，對(duì)黃曲霉毒素B1進(jìn)行定量檢測(cè)，線性范圍 0.1 μg/kg～10 μg/kg，方法檢出限 0.08 μg/kg，可于20 min內(nèi)完成檢測(cè)。對(duì)小麥、花生和玉米進(jìn)行實(shí)樣測(cè)試，檢測(cè)結(jié)果與傳統(tǒng)高效液相色譜法相比具有較好的一致性。

Shaoliang Dai等[24-25]通過層層包覆法制備出量子產(chǎn)率較高的 NaYF4：Yb0.18，Er0.02@NaYF4核殼型上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米顆粒，在其表面修飾適配體后作為能量供體，以氧化石墨烯作為能量受體，構(gòu)建發(fā)光共振能量轉(zhuǎn)移（luminescence resonance energy transfer，LRET）適配體傳感器檢測(cè)赭曲霉毒素A（ochratoxin A，OTA）（如圖2）。方法線性范圍0.001 ng/mL～250 ng/mL，檢出限0.001 ng/mL，在啤酒中的添加回收率為86%～110%。該方法檢出限顯著低于其它檢測(cè)方法，發(fā)光傳感系統(tǒng)在啤酒樣品基質(zhì)中性能穩(wěn)定，具備較好的應(yīng)用前景。

圖2 LRET-適配體傳感器檢測(cè)赭曲霉素A示意圖Fig.2 Detection principle of ochratoxin A by LRET-adaptor sensor

張瑩瑩等[26]在上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒表面偶聯(lián)赭曲霉毒素A作為供體探針，在金納米顆粒表面修飾赭曲霉毒素配體互補(bǔ)鏈為受體探針，建立FRET傳感方法檢測(cè)赭曲霉毒素，線性范圍0.001 ng/mL～10 ng/mL，檢出限為0.001 ng/mL。在啤酒樣品中進(jìn)行添加回收試驗(yàn)，回收率為100%～119%，方法具有較好的特異性，靈敏度優(yōu)于多數(shù)基于納米材料的傳感檢測(cè)方法，操作簡(jiǎn)便，有望實(shí)現(xiàn)在食品中生物毒素檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

Jiajia Lv 等[27]用 NaYF4：Yb，Tm@NaYF4：Yb 上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒偶聯(lián)適配體，結(jié)合MoS2納米薄層建立熒光適配體傳感器，對(duì)水體中微囊藻毒素進(jìn)行檢測(cè)，線性范圍 0.01 ng/mL～50 ng/mL，檢出限 0.002 ng/mL，并用自來水和太湖水進(jìn)行實(shí)樣測(cè)試，回收率為94%～112%。

2.2 小分子有機(jī)污染物

2.2.1 農(nóng)藥、獸藥

在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)和水產(chǎn)業(yè)等的生產(chǎn)活動(dòng)中長(zhǎng)期使用的小分子有機(jī)物，如殺蟲劑、除草劑、殺螨劑、驅(qū)蟲藥、抗菌藥等，在上述產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品中殘留和蓄積造成污染，進(jìn)而導(dǎo)致急性、慢性中毒、神經(jīng)損傷等嚴(yán)重健康問題，是社會(huì)高度關(guān)注的食品有毒有害物質(zhì)。

Jicheng Yu 等[28]在 β-NaYF4：Yb，Er上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒上分別修飾兔抗2，4-二氯苯氧乙酸（2，4-D）免疫球蛋白和兔抗殺螟硫磷免疫球蛋白，制備免疫層析試紙條，對(duì)水中2，4-二氯苯氧乙酸和殺螟硫磷含量進(jìn)行檢測(cè)，最低檢出限分別為5 ng/mL和11 ng/mL。利用所建立方法對(duì)梨、蘋果、黃瓜、西紅柿、大米和小米進(jìn)行實(shí)樣添加測(cè)試，結(jié)果與高效液相色譜法一致。Fangfang Si等[29]以上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米顆粒（upconversion nano particles，UCNPs）修飾吡蟲啉抗體作為能量供體，以金納米粒子（Au nano particles，AuNPs）為能量受體標(biāo)記吡蟲啉抗原，建立吡蟲啉競(jìng)爭(zhēng)免疫檢測(cè)方法（如圖3），檢出限0.79 ng/mL，線性范圍1.39 ng/mL～335.81 ng/mL。在大白菜、蜂蜜樣品中的添加回收率為78.1%～97.9%，在盲樣測(cè)試中，該方法與超高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法具有較好的相關(guān)性（R2=0.986 6）。Nana Sun等[30]制備了上轉(zhuǎn)換熒光納米DNA探針，結(jié)合外加磁場(chǎng)進(jìn)行分離，建立啶蟲脒檢測(cè)方法，線性范圍為0.89 ng/mL～114.18 ng/mL，檢出限0.65 ng/mL。將此探針應(yīng)用于梨、小麥、黃瓜、蘋果等食品中啶蟲脒的添加回收測(cè)試，回收率為78.2%～103.5%。

圖3 上轉(zhuǎn)換發(fā)光-競(jìng)爭(zhēng)免疫檢測(cè)吡蟲啉示意圖Fig.3 Upconversion luminescence-competitive immunoassay for imidacloprid

Xiuying Liu等[31]將上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒與適配體的偶聯(lián)物與分子印跡技術(shù)結(jié)合，研究具有雙重識(shí)別性的恩諾沙星分子印跡熒光納米探針，用于不同魚類樣本中恩諾沙星含量的測(cè)定，添加回收率為87.05%～96.24%，檢出限0.04 ng/mL。

Gaoshuang Hu[32]等制備了基于膠體金納米顆粒和上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒的熒光猝滅免疫層析試紙條，用于動(dòng)物源性食品中磺胺喹噁啉含量的檢測(cè)，檢測(cè)限1 ng/mL，檢測(cè)結(jié)果與酶聯(lián)免疫試劑盒結(jié)果一致。張揚(yáng)等[33]將喹諾酮類獸藥諾氟沙星單克隆抗體與水溶性上轉(zhuǎn)換納米顆粒NaYF4：Yb，Er偶聯(lián)制成熒光探針，將諾氟沙星與卵清蛋白偶聯(lián)制備包被原，開發(fā)免疫層析試紙條用于測(cè)定動(dòng)物源性食品中諾氟沙星含量，在豬肝、牛奶、鱸魚、蝦、牛肉、羊肉6種樣品中進(jìn)行了添加回收試驗(yàn)，檢出限為 5 μg/kg。

2.2.2 激素和內(nèi)分泌干擾物

激素和內(nèi)分泌干擾物通過攝入、蓄積等方式經(jīng)食物鏈進(jìn)入生物體，在極低劑量下即會(huì)造成內(nèi)分泌失衡，進(jìn)而對(duì)動(dòng)物和人體產(chǎn)生慢性毒性，造成生殖系統(tǒng)障礙、生殖能力下降、幼體死亡等后果，嚴(yán)重威脅人類和野生動(dòng)物的物種繁衍和長(zhǎng)期生存，是重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的食品污染物。

Li Qiaofeng等[34]將金納米顆粒和上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒（NaYF4：Yb，Er，Gd）經(jīng)修飾后制成一種三聯(lián)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)雙酚A和雌二醇的同時(shí)檢測(cè)（如圖4），線性范圍分別為2 ng/mL～200 ng/mL 和 10 ng/mL～150 ng/mL，檢出限分別為0.2 ng/mL和0.5 ng/mL，檢測(cè)結(jié)果與高效液相色譜一致。

圖4 上轉(zhuǎn)換發(fā)光-適配體三聯(lián)結(jié)構(gòu)同時(shí)檢測(cè)雙份A和雌二醇示意圖Fig.4 Schematic illustration of efficient detection of BPA and E2 by AuNP-AuNP-UCNP sensing system

王瑜等[35]將上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒偶聯(lián)己烯雌酚單克隆抗體作為熒光探針，制備免疫層析試紙條快速測(cè)定己烯雌酚，檢出限20.84 ng/mL，線性范圍25 ng/mL～10 000 ng/mL，在牛奶樣品中的添加回收率為90.1%～115.2%。姜會(huì)聰[36]將上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒NaYF4：Yb，Er與雌二醇單克隆抗體偶聯(lián)并固定在結(jié)合墊上，雌二醇包被原固定在檢出線上，羊抗鼠抗體固定在控制線上，制備免疫層析試紙條對(duì)雌二醇進(jìn)行快速檢測(cè)，線性范圍為5 ng/mL～2 000 ng/mL，檢出限2.75 ng/mL，檢測(cè)時(shí)間小于15 min，在牛奶樣品的添加回收率為97.01%～103.9%。背景干擾低，特異性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，檢測(cè)結(jié)果與高效液相色譜法相比具有較好的可比性。

2.2.3 抗生素

我國(guó)抗生素濫用情況嚴(yán)重，主要來源為生活污水、醫(yī)療廢水、畜牧業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)。抗生素主要通過飲用水、禽畜產(chǎn)品、水產(chǎn)品等途徑進(jìn)入人體，產(chǎn)生耐藥性并造成嚴(yán)重的健康和環(huán)境問題。

Hui Zhang等[37]通過配體修飾上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒 NaYF4：Yb，Tm，結(jié)合染料 SYBR Green I組成 LRET體系，建立了牛奶中土霉素的檢測(cè)方法（如圖5），線性范圍 0.1 ng/mL～10 ng/mL，檢出限 0.054 ng/mL。

圖5 上轉(zhuǎn)換發(fā)光-適配體LRET檢測(cè)土霉素示意圖Fig.5 Schematic illustration of the sensitive aptasensor for oxytetracycline based on upconversion LRET

Shijia Wu等[38]和Qin Ouyang等[39]利用經(jīng)配體修飾的上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒為信號(hào)探針，結(jié)合磁性納米顆粒進(jìn)行分離和富集，對(duì)牛奶樣品中氯霉素和四環(huán)素進(jìn)行檢測(cè)，線性范圍分別為0.01 ng/mL～1 ng/mL和0.01 ng/mL～100 ng/mL，檢出限分別為0.01 ng/mL和0.006 2 ng/mL。在牛奶樣品中進(jìn)行添加回收試驗(yàn)，并通過商業(yè)化的酶聯(lián)免疫試劑盒進(jìn)行方法驗(yàn)證，結(jié)果顯示所建立方法結(jié)果與已有方法一致，能夠滿足檢測(cè)分析的要求，具有一定的應(yīng)用潛力。

2.2.4 違禁添加物等其他類

除上述幾類小分子有機(jī)污染物外，瘦肉精、羅丹明、三聚氰胺、蘇丹紅、塑化劑等違禁添加物也是食品監(jiān)管部門關(guān)注的重點(diǎn)?；谏限D(zhuǎn)換發(fā)光技術(shù)的食品中違禁添加物快速檢測(cè)技術(shù)是近年來研究的熱點(diǎn)之一。

Xincui Jin等[40]利用上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒開發(fā)用于克倫特羅檢測(cè)的分子印跡電化學(xué)發(fā)光傳感器，將氧化石墨烯作為上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒的載體，通過其高導(dǎo)電性和大比表面積增強(qiáng)上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒的電化學(xué)發(fā)光響應(yīng)信號(hào)（如圖6），所建立方法的線性范圍為 10 nmol/L～100 μmol/L，檢出限為 6.3 nmol/L。在豬肉、肝臟、腎臟樣品中添加回收率為89.0%～100.4%，并且通過相應(yīng)試驗(yàn)證明該傳感檢測(cè)系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。

圖6 上轉(zhuǎn)換發(fā)光-石墨烯-分子印跡電化學(xué)傳感檢測(cè)克倫特羅示意圖Fig.6 Schematic illustration of the graphene-molecularly imprinted electrochemical sensor for clenbuterol based on upconversion luminescence

Hanping Xiong 等[41]利用 NaGdF4：Yb3+，Er3+@NaGdF4上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒建立了基于輻射能量轉(zhuǎn)移（radiation energy transfer，RET）的羅丹明B固體生物傳感檢測(cè)器，可對(duì)小于4 mg/L濃度的羅丹明B實(shí)現(xiàn)檢出，靈敏度超過已有報(bào)道方法。Xiaofeng Wu等[42]以NaGdF4：Yb3+，Er3+為探針，建立了基于FRET的豆芽中羅丹明B檢測(cè)方法，將上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒應(yīng)用于對(duì)植物體內(nèi)殘留染料的追蹤分析。Qiongqiong Wu[43]等以上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒和金納米顆粒的熒光淬滅效應(yīng)研制傳感器，用于檢測(cè)牛奶中的三聚氰胺，可有效避免其他氨基酸對(duì)檢測(cè)的干擾，方法線性范圍32 nmol/L～500 nmol/L，檢出限18 nmol/L，在稀釋牛奶樣品中的添加回收率為98.8%～102%。Aijin Fang等[44]將十六烷基三甲基溴化銨固定在上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒（NaYF4：12%Yb3+，0.2%Tm3+）上制成納米傳感器，當(dāng)蘇丹紅存在時(shí)產(chǎn)生熒光淬滅，從而準(zhǔn)確測(cè)定蘇丹紅 I、II、III、IV 的含量，檢測(cè)線性范圍分別為 0.05 ng/L～40 ng/L、0.01 ng/L～20 ng/L、0.01 ng/L～20 ng/L 和 0.05 ng/L～40 ng/L，最低檢出限分別為 15.1、2.83、3.52、16.7 ng/mL，以 1 μg/mL 濃度在辣椒粉中進(jìn)行添加回收試驗(yàn)，回收率分別為97%、102%、98%和101%。該傳感方法在食品中違禁添加物實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

2.3 重金屬元素

重金屬在自然環(huán)境中不可被生物降解，通過食物鏈富集并最終進(jìn)入人體，無法被肝臟分解代謝和完全排出體外，會(huì)在大腦和腎臟等器官蓄積，造成多種慢性損傷和毒性效應(yīng)，是主要的食品污染物之一。

Shijia Wu 等[45]通在 NaYF4：Yb，Ho 和 NaYF4：Yb，Er，Mn上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒上修飾配體，在金納米顆粒上修飾互補(bǔ)DNA鏈，在無目標(biāo)物存在時(shí)發(fā)生熒光淬滅，當(dāng)體系中存在Pb2+或Hg2+時(shí)，配體與Pb2+形成G-四聯(lián)體結(jié)構(gòu)，與Hg2+形成彎道結(jié)構(gòu)，體系恢復(fù)發(fā)光。以之建立了可以同時(shí)檢測(cè)Pb2+和Hg2+的傳感方法，線性范圍分別為 0.1 nmol/L～100 nmol/L和 0.5 nmol/L～500 nmol/L，檢出限分別為50 pmol/L和150 pmol/L，在魚和蝦中的添加回收率分別為96.3%～110.6%和91.4%～102.3%。Min Chen等[46]以上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒NaYF4：Yb，Ho和雙硫腙建立基于內(nèi)過濾效應(yīng)（inner filter effect，IFE）的比率熒光檢測(cè)方法（如圖 7），同時(shí)檢測(cè)Pb2+和Cd2+。在不同pH值時(shí)，Pb2+和Cd2+存在條件下657 nm處和546 nm處吸收帶發(fā)生移動(dòng)導(dǎo)致上轉(zhuǎn)換熒光恢復(fù)，而758 nm處熒光強(qiáng)度不受影響，根據(jù)二者的比率（I657/I758和I546/I758）準(zhǔn)確定量體系中重金屬離子濃度。Pb2+和Cd2+線性范圍分別為0.025 μmol/L～1.0 μmol/L 和 0.01 μmol/L～1.0 μmol/L，檢出限分別為8.4 nmol/L和3.7 nmol/L，在紅茶和自來水中添加回收率分別為96%～103.2%和99.6%～108%。

圖7 上轉(zhuǎn)換發(fā)光-雙硫腙系統(tǒng)檢測(cè)Pb2+和Cd2+示意圖Fig.7 Schematic illustration of the process developing UCNPs-dithizone mixed system to detect Cd2+and Pb2+

表1 近年基于上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的食品污染物檢測(cè)方法匯總Table 1 Summary of food pollutants detecting methods based on upconversion luminescent materials in recent years

續(xù)表1 近年基于上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的食品污染物檢測(cè)方法匯總Continue table 1 Summary of food pollutants detecting methods based on upconversion luminescent materials in recent years

3 發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢(shì)及展望

我國(guó)上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在食品污染物檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究，是從病原微生物檢測(cè)展開的，早期研究集中在制備水溶性好、生物親和性高的UCLM，結(jié)合免疫層析技術(shù)，構(gòu)建中多種病原微生物同時(shí)檢測(cè)的多通道快檢系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了相關(guān)產(chǎn)品在臨床檢測(cè)領(lǐng)域的商品化。隨著研究的深入和發(fā)展，相關(guān)研究開始向農(nóng)獸藥殘留、違禁添加物等小分子有機(jī)污染物檢測(cè)領(lǐng)域擴(kuò)展?；诳贵w和UCLM的免疫層析試紙條是該類研究的主要方向，但相關(guān)研究多停留在實(shí)驗(yàn)室階段，鮮有成熟的商業(yè)產(chǎn)品。究其原因，主要是小分子污染物單克隆抗體不易制備、環(huán)境穩(wěn)定性差，以及食品樣品基質(zhì)復(fù)雜，缺乏適用于快速檢測(cè)的成熟前處理方法。國(guó)內(nèi)近期研究主要集中在摻雜鑭系稀土元素的上轉(zhuǎn)換發(fā)光系統(tǒng)的應(yīng)用，以及通過核酸適配體等彌補(bǔ)生物抗體穩(wěn)定性差、小分子目標(biāo)物單克隆抗體不易制備等不足，以期開發(fā)出可以實(shí)際應(yīng)用于食品污染物快速檢測(cè)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光檢測(cè)新技術(shù)。

近年來UCL技術(shù)在食品污染物檢測(cè)領(lǐng)域的研究進(jìn)展和發(fā)展現(xiàn)狀顯示，目前利用UCLM構(gòu)建能量共振轉(zhuǎn)移系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)記，結(jié)合生物抗體、核酸適配體、分子印跡等材料實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物特異性識(shí)別，仍是上轉(zhuǎn)換發(fā)光技術(shù)在食品污染物檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用的主要方式。針對(duì)該技術(shù)在應(yīng)用研究中存在的問題，以下幾點(diǎn)不僅是其能否快速發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵，也是后續(xù)研究的熱點(diǎn)和趨勢(shì)。1）UCLM發(fā)光性能研究，通過控制粒徑、研究同質(zhì)/異質(zhì)外殼、優(yōu)化表面物理形貌、提高生物相容性，進(jìn)一步提高UCLM的發(fā)光、輻射等能量轉(zhuǎn)移效率和與其他新型材料的相容性，將是此類研究的主要目標(biāo)；2）高特異性、靈敏、穩(wěn)定的識(shí)別材料研究，通過完善半抗原合理設(shè)計(jì)理論和發(fā)展生物抗體制備工藝，提高單克隆抗體的制備效率和環(huán)境穩(wěn)定性；提高核酸適配體篩選效率和成功率，發(fā)展有效的適配體結(jié)構(gòu)鑒定手段；3）在免疫層析技術(shù)的基礎(chǔ)上，深入研究UCLT與分子印跡、石墨烯、磁性納米微球、生物芯片、傳感器等新材料和技術(shù)結(jié)合的復(fù)合型技術(shù)，簡(jiǎn)化前處理過程、提高檢測(cè)通量，研發(fā)能夠?qū)嶋H應(yīng)用于食品污染物快速檢測(cè)的便攜式現(xiàn)場(chǎng)篩查技術(shù)和設(shè)備。

上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料由于獨(dú)特的發(fā)光機(jī)制，相比傳統(tǒng)染料等標(biāo)記物，具有抗干擾性強(qiáng)、標(biāo)記信號(hào)穩(wěn)定、便于修飾改造、適合多重分析等優(yōu)點(diǎn)，是近年來的研究聚焦點(diǎn)，雖然其應(yīng)用研究仍待完善，但其在食品污染物檢測(cè)領(lǐng)域具有強(qiáng)大的市場(chǎng)需求和廣闊的應(yīng)用前景及發(fā)展?jié)摿Α?/p>