倏逝波光纖傳感器快速檢測(cè)諾氟沙星

卓雨欣,徐文娟,程 源,宋 丹,韓向峙,龍 峰

倏逝波光纖傳感器快速檢測(cè)諾氟沙星

卓雨欣,徐文娟,程 源,宋 丹,韓向峙,龍 峰*

(中國(guó)人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院,北京 100872)

基于間接競(jìng)爭(zhēng)免疫分析原理,利用倏逝波光纖生物傳感平臺(tái)研發(fā)了一種諾氟沙星檢測(cè)方法,實(shí)現(xiàn)了水中諾氟沙星的快速?靈敏檢測(cè).研究表明,諾氟沙星檢測(cè)的優(yōu)化條件為:抗體濃度為1μg/mL?預(yù)反應(yīng)時(shí)間為1min,反應(yīng)時(shí)間為4min.優(yōu)化條件下,諾氟沙星檢測(cè)限可達(dá)1.89μg/L.包被抗原修飾的光纖探頭與熒光標(biāo)記諾氟沙星抗體具有良好的特異性和穩(wěn)定性,可重復(fù)使用400次以上.自來(lái)水?景觀水?二沉池出水等水樣的加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該傳感器具有良好的精密度和準(zhǔn)確性,受環(huán)境基質(zhì)的影響較小,能夠用于實(shí)際水樣中諾氟沙星的快速檢測(cè).

諾氟沙星；抗生素；倏逝波生物傳感器；免疫分析；環(huán)境監(jiān)測(cè)

諾氟沙星(norfloxacin, NOR)為第三代喹諾酮類抗生素,在臨床醫(yī)學(xué)、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用.地表水、地下水、飲用水、河流底泥及土壤等環(huán)境介質(zhì)中都頻繁地檢出NOR[1-3].環(huán)境中的NOR除了會(huì)誘導(dǎo)“超級(jí)細(xì)菌”的產(chǎn)生,導(dǎo)致抗藥性[4],還具有“三致效應(yīng)”等危害,其生態(tài)毒理效應(yīng)正在逐漸凸顯[5-7].研究顯示,ppb級(jí)的NOR就可能對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生顯著影響.高靈敏檢測(cè)NOR是實(shí)現(xiàn)其有效處理處置的前提條件[8].目前NOR的主要檢測(cè)技術(shù)包括色譜-質(zhì)譜檢測(cè)法[9-10]、微生物測(cè)定法[11]及免疫測(cè)定法[12]等.然而,各種方法都存在不同的局限性,如預(yù)處理復(fù)雜、檢測(cè)成本高、耗時(shí)長(zhǎng)、存在假陽(yáng)性、無(wú)法實(shí)現(xiàn)原位檢測(cè)等.因此,發(fā)展適用于NOR現(xiàn)場(chǎng)高靈敏快速檢測(cè)的新方法勢(shì)在必行.

近年來(lái),生物傳感器因具有高特異性、高靈敏度、快速、可適用現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)等優(yōu)勢(shì),已成為環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域的發(fā)展前沿[13-14],其中,倏逝波光纖生物傳感器是結(jié)合生物親和反應(yīng)原理,利用光波在光纖中以全內(nèi)反射方式進(jìn)行傳播時(shí)形成的倏逝波可激發(fā)結(jié)合到其表面的熒光分子標(biāo)記生物分子,根據(jù)熒光強(qiáng)度與待測(cè)物濃度的線性關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)其定量檢測(cè)[15].倏逝波光纖生物傳感器因具有檢測(cè)速度快,靈敏度高、體積小、質(zhì)量輕、抗電磁干擾、可重復(fù)利用等特點(diǎn)[16],已被廣泛應(yīng)用于小分子有機(jī)污染物[17]、病原菌[18]、重金屬污染物[19]等的檢測(cè),但應(yīng)用于抗生素檢測(cè)還比較少見.本研究基于倏逝波熒光原理和間接競(jìng)爭(zhēng)免疫分析原理,利用課題組研發(fā)的倏逝波光纖生物傳感平臺(tái),研發(fā)了用于NOR現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的新方法,并分析了NOR在環(huán)境水樣中的檢測(cè)效果,其具有靈敏度高、特異性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單等顯著優(yōu)點(diǎn).

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

3-巰丙基三甲氧基硅烷(MPTS)、NOR標(biāo)準(zhǔn)品、30%氫氟酸、牛血清蛋白(BSA)均購(gòu)自Sigma中國(guó)公司,NOR單克隆抗體購(gòu)自北京維德維康生物技術(shù)有限公司,濃硫酸、鹽酸、30%過氧化氫、甲苯、4-馬來(lái)酰亞胺基丁酸 N-羥基琥珀酰亞胺酯(GMBS)、乙醇、氯化鈉、氯化鉀、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉均購(gòu)自北京化學(xué)試劑公司,試劑純度均為分析純. pH=1.9的0.5%十二烷基硫酸鈉(SDS)溶液、pH=7.4的磷酸鹽緩沖液(PBS)、抗體稀釋液均由本實(shí)驗(yàn)室自行配制.NOR包被抗原(OVA-NOR)和Cy5.5熒光染料標(biāo)記的NOR抗體(Cy5.5-NOR抗體)均為本實(shí)驗(yàn)室自行制備.

1.2 樣品前處理

二沉池污水采集于中國(guó)人民大學(xué)低碳水環(huán)境中心污水處理中試裝置,景觀水采集于圓明園景觀水,礦泉水為農(nóng)夫山泉瓶裝水,自來(lái)水樣為中國(guó)人民大學(xué)自來(lái)水,以上水樣采集后均于4℃保存,保存期限為30d.

取100mL容量瓶,加入1mL 1000mg/L NOR標(biāo)準(zhǔn)溶液,用所取水樣定容至100mL.得到濃度為10mg/L的加標(biāo)水樣作為儲(chǔ)備液.隨后使用儲(chǔ)備液及空白水樣配制得到所需的加標(biāo)濃度水樣.

1.3 光纖探頭的制備

將5.5cm長(zhǎng)、芯徑600μm的石英光纖(北京首量)去除3cm長(zhǎng)的涂覆層,放入30%氫氟酸中腐蝕適當(dāng)時(shí)間,得到錐角度為0.37,錐形部分長(zhǎng)約0.5cm,芯徑為220μm的組合錐型光纖探頭.配制Piraha溶液(濃H2SO4/H2O2=3/1),將光纖探頭浸入其中30min,以使光纖探頭表面羥基化.然后用超純水進(jìn)行充分清洗至清洗液的pH值為中性,在室溫下用氮?dú)獯蹈苫蛘咴?05℃的干燥箱中干燥3h.將光纖探頭放入含2% MPTS的甲苯溶液中反應(yīng)2h使光纖探頭表面硅烷化,然后用甲苯清洗光纖3次,氮吹至干;將光纖探頭放入0.002mol/L GMBS的乙醇溶液里反應(yīng)1h,取出后用10mM PBS清洗干凈,在光纖探頭表面引入偶聯(lián)基團(tuán);將連接了偶聯(lián)基團(tuán)的光纖探頭浸入0.5μg/L的OVA-NOR中過夜,使光纖探頭表面連接上OVA-NOR,用超純水沖洗后,放入2μg/L的BSA溶液中反應(yīng)2h以封閉非特異性吸附位點(diǎn),制備好的光纖探頭放在4℃冰箱保存?zhèn)溆?

1.4 倏逝波光纖生物傳感平臺(tái)及其檢測(cè)原理

倏逝波光纖生物傳感平臺(tái)如圖1所示.半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的激發(fā)光經(jīng)由單多模光纖耦合器進(jìn)入光纖探頭,激發(fā)光在光纖探頭以全內(nèi)反射的方式傳播,并在表面形成有效滲入深度為數(shù)十納米的倏逝波場(chǎng).當(dāng)熒光標(biāo)記的生物分子結(jié)合到光纖探頭表面,其被倏逝波激發(fā)產(chǎn)生熒光,部分熒光耦合回光纖探頭,經(jīng)單多模光纖耦合器的多模光纖收集與傳輸,然后由光電探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào).通過軟件系統(tǒng)的處理,最終的檢測(cè)信號(hào)顯示在用戶界面[20-21].由于倏逝波場(chǎng)滲入深度有限,因此僅有通過因免疫反應(yīng)結(jié)合到光纖探頭的熒光標(biāo)記生物分子被激發(fā),而樣品中游離的熒光染料標(biāo)記抗體貢獻(xiàn)極少,可以忽略不計(jì).

圖1 倏逝波光纖生物傳感平臺(tái)

1.5 NOR生物傳感檢測(cè)機(jī)制

基于間接競(jìng)爭(zhēng)免疫反應(yīng)原理的NOR生物傳感機(jī)制如圖2所示.首先,將表面修飾OVA-NOR的光纖探頭置入樣品檢測(cè)池.然后將一定濃度的Cy5.5- NOR抗體和含不同濃度NOR的樣品預(yù)反應(yīng)一定時(shí)間,使NOR與抗體充分結(jié)合.再將此混合物通入到樣品池,未結(jié)合NOR的游離抗體與光纖探頭上修飾的OVA-NOR結(jié)合.光纖探頭表面形成的倏逝波激發(fā)熒光分子發(fā)出熒光,部分熒光耦合回光纖探頭,經(jīng)單多模光纖耦合器的收集與傳輸,由光電探測(cè)器探測(cè)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào).經(jīng)軟件處理后,熒光信號(hào)值顯示在用戶界面.樣品中NOR 濃度越高,結(jié)合到光纖探頭的熒光標(biāo)記抗體越少,檢測(cè)到的熒光信號(hào)越弱.利用熒光信號(hào)值與樣品濃度的反比關(guān)系,即可實(shí)現(xiàn)NOR的定量檢測(cè).

圖2 倏逝波光纖生物傳感器檢測(cè)原理

2 結(jié)果與討論

2.1 NOR的免疫分析

為了驗(yàn)證樣品中的NOR與光纖探頭的OVA- NOR存在對(duì)特異性抗體結(jié)合位點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,設(shè)計(jì)了在相同抗體濃度下不同NOR濃度的對(duì)比實(shí)驗(yàn).將1μg/mL抗體分別與10mM PBS(NOR濃度為0)、5μg/L NOR、10μg/L NOR等比例混合,預(yù)反應(yīng)1min,然后將混合液通入樣品池中,在樣品池反應(yīng)240s,隨后通入SDS溶液對(duì)光纖探頭進(jìn)行再生.記錄檢測(cè)信號(hào)值隨反應(yīng)時(shí)間的變化,數(shù)據(jù)采集間隔為1s.對(duì)不同NOR濃度下的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)曲線進(jìn)行對(duì)比分析.

圖3 不同NOR濃度下傳感系統(tǒng)檢測(cè)的信號(hào)曲線

從圖3中可以看出,當(dāng)樣品中不含有NOR時(shí),熒光標(biāo)記的NOR抗體以最大的速度與OVA-NOR修飾的光纖探頭結(jié)合,熒光信號(hào)值增長(zhǎng)最快.但是,增長(zhǎng)速度隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而降低,符合抗原抗體結(jié)合的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律.當(dāng)樣品含有5μg/L NOR時(shí),NOR抗體與光纖探頭的結(jié)合受到了明顯影響,信號(hào)增長(zhǎng)速度明顯放緩,約為空白樣品的二分之一.但是,增長(zhǎng)規(guī)律與前一個(gè)樣品基本一致,可以認(rèn)為檢測(cè)信號(hào)的主要來(lái)源仍然是抗原抗體的特異性結(jié)合.而當(dāng)樣品中NOR濃度提高到10μg/L時(shí),抗體與光纖探頭的結(jié)合基本被抑制,熒光信號(hào)增長(zhǎng)緩慢,信號(hào)值僅為空白樣品的10%左右.熒光信號(hào)軌跡線性增長(zhǎng),符合偽一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律,可以推測(cè)該樣品中的熒光信號(hào)主要來(lái)自游離的熒光標(biāo)記抗體及其在光纖探針上的非特異性吸附.由此可以得知,隨著樣品中NOR濃度的增加,更多的熒光標(biāo)記抗體與游離的NOR結(jié)合,導(dǎo)致結(jié)合到光纖探針的熒光標(biāo)記抗體量減少,從而使得檢測(cè)到的熒光信號(hào)值減少,符合間接競(jìng)爭(zhēng)免疫原理的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象.因此,本研究提出的方法可以用于NOR的定量檢測(cè).為實(shí)現(xiàn)光纖探針的重復(fù)使用,使用SDS溶液對(duì)光纖探頭表面進(jìn)行再生,再生后的信號(hào)均可回落到初始水平,且再生后光纖探頭可以再次與熒光標(biāo)記抗體結(jié)合,證明SDS溶液能夠定向解離結(jié)合到光纖探頭上的Cy5.5-NOR抗體,且不會(huì)降低光纖探頭表面修飾的OVA-NOR反應(yīng)活性.

2.2 傳感器的選擇性

對(duì)物質(zhì)的選擇性體現(xiàn)了特異性抗體識(shí)別抗生素的能力,是方法可行性的基礎(chǔ),為了驗(yàn)證抗體的選擇性:在農(nóng)藥中選取氟蟲腈;在生物毒素中選取黃曲霉毒素;在抗生素中選取硫酸卡那霉素、氨卡西林、培氟沙星和莫西沙星,設(shè)計(jì)選擇性實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證抗體對(duì)環(huán)境中常見的小分子痕量污染物[22]的選擇性識(shí)別能力.分別將50μL的Cy5.5-NOR抗體與50μL 10μg/ L的PBS、NOR、氟蟲腈、黃曲霉毒素、硫酸卡那霉素、氨卡西林、培氟沙星、莫西沙星標(biāo)準(zhǔn)品混合并靜置10min使其充分預(yù)反應(yīng)后通入樣品池,反應(yīng)4min,收集信號(hào)值.將加入不同種類物質(zhì)時(shí)檢測(cè)到的信號(hào)與加入NOR時(shí)的檢測(cè)信號(hào)對(duì)照,分析特異性抗體對(duì)不同種類物質(zhì)的識(shí)別能力.每組實(shí)驗(yàn)平行測(cè)定2次.

如圖4所示,樣品中加入不同種類抗生素及農(nóng)藥、生物毒素等物質(zhì)不影響Cy5.5-NOR抗體與光纖探頭上OVA-NOR的結(jié)合,其檢測(cè)信號(hào)值與僅通入Cy5.5-NOR抗體時(shí)基本持平.培氟沙星和莫西沙星的加入會(huì)使檢測(cè)信號(hào)有一定程度的下降,這是因?yàn)檫@兩種抗生素與NOR同屬于喹諾酮類抗生素,具有類似結(jié)構(gòu).但是,其信號(hào)下降值小于NOR的下降值,這表明NOR抗體對(duì)NOR具有較好的特異性.

圖4 抗體的選擇性

2.3 NOR檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)曲線

經(jīng)預(yù)實(shí)驗(yàn)獲得最優(yōu)的檢測(cè)條件為預(yù)反應(yīng)1min、反應(yīng)4min、抗體濃度在1～2μg/mL之間.在最優(yōu)反應(yīng)條件下,將不同濃度的NOR標(biāo)準(zhǔn)品與1和2μg/mL的Cy5.5-NOR抗體預(yù)反應(yīng)1min后通入光纖反應(yīng)槽檢測(cè)熒光信號(hào).由于樣品中的NOR與光纖探頭上的包被NOR存在對(duì)Cy5.5-NOR抗體結(jié)合位點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,因此NOR濃度低時(shí)檢測(cè)信號(hào)高;反之,當(dāng)NOR濃度低時(shí),檢測(cè)到的熒光信號(hào)小.根據(jù)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析,檢測(cè)信號(hào)隨NOR濃度的變化趨勢(shì)反映在坐標(biāo)系中應(yīng)呈倒S形曲線[23].將不同的抗體濃度下獲得的檢測(cè)信號(hào)做歸一化處理(ε/ε0,為梯度濃度的檢測(cè)信號(hào)值,0為空白樣品的檢測(cè)信號(hào)值),經(jīng)Logistic方程擬合獲得不同抗體濃度下的NOR標(biāo)準(zhǔn)曲線.

式中:為歸一化信號(hào)值0;為待測(cè)物的濃度;0為曲線的中點(diǎn);為拐點(diǎn)的斜率;1為測(cè)量上限的信號(hào)值;2為測(cè)量下限的信號(hào)值.

如圖5所示,在抗體濃度為1μg/mL的NOR檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)曲線中,誤差小于8%,穩(wěn)定性較好.熒光信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化值與標(biāo)準(zhǔn)品濃度的對(duì)數(shù)曲線顯示出了良好的相關(guān)關(guān)系,曲線擬合度2值大于0.99.NOR的檢測(cè)限(LOD)為1.89μg/L,線性區(qū)間為4.50～7.78μg/L.在抗體濃度為2μg/mL的NOR檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)曲線中,誤差小于20%,穩(wěn)定性欠佳.曲線擬合度2值大于0.99.NOR檢測(cè)的檢測(cè)限(LOD)為2.00μg/L,線性區(qū)間為3.40～7.00μg/L.不同濃度抗體下的檢測(cè)線性范圍十分接近,因此,出于降低檢測(cè)成本的考慮,選擇1.0μg/mL的抗體會(huì)更合適.表1比較了目前常用方法的特點(diǎn),從中可以看出,本方法無(wú)需預(yù)處理,同時(shí)在檢測(cè)時(shí)間、靈敏度、成本等方面也具有明顯優(yōu)勢(shì).

圖5 0.5和1 μg/mL抗體的NOR標(biāo)準(zhǔn)曲線

表1 常見檢測(cè)方法對(duì)比

2.4 傳感器的可再生性

光纖探頭的可再生性是影響倏逝波生物傳感器檢測(cè)成本的一個(gè)重要因素.光纖探頭的可再生次數(shù)越多則檢測(cè)成本越低.如圖6可見,在通入pH=1.9的SDS溶液再生后,儀器的檢測(cè)信號(hào)回落到檢測(cè)基線水平,這證明光纖探頭上的NOR抗體能夠被完全洗脫,結(jié)合位點(diǎn)重新被釋放,其檢測(cè)性能未受到影響.如圖6所示,隨著光纖探頭使用次數(shù)的增加,檢測(cè)不含NOR樣本的信號(hào)值(僅通入Cy5.5-NOR抗體時(shí)儀器收集到的熒光信號(hào))幾乎沒有變化.結(jié)果表明,光纖探頭上的NOR抗體結(jié)合位點(diǎn)在超過400次再生后仍然沒有被破壞,該光纖探頭至少能夠使用400次以上并且保持良好的檢測(cè)性能.同時(shí),這也證明了本檢測(cè)方法具有突出的穩(wěn)定性和可重復(fù)性.

圖6 OVA-NOR修飾的光纖探頭檢測(cè)信號(hào)值隨使用次數(shù)的變化

2.5 實(shí)際水樣加標(biāo)回收

為了驗(yàn)證本研究建立的檢測(cè)方法在實(shí)際應(yīng)用中的可行性,有必要對(duì)不同環(huán)境基質(zhì)中的NOR進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn).選取了二沉池出水、景觀水、礦泉水、自來(lái)水等4種典型環(huán)境水樣,4種水樣均未進(jìn)行預(yù)處理.對(duì)4種水樣分別進(jìn)行了3個(gè)不同濃度的NOR的加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn),平行測(cè)定2次.

表2 不同環(huán)境基質(zhì)中NOR的回收率

加標(biāo)回收結(jié)果如表2.可以看出,不同環(huán)境基質(zhì)下NOR的回收率變化不大,在92%至116%之間.同時(shí),檢測(cè)結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在7%以下.結(jié)果證明本檢測(cè)方法具有良好的準(zhǔn)確性,抗環(huán)境干擾能力較強(qiáng),在成分復(fù)雜的環(huán)境基質(zhì)中仍具有突出的檢測(cè)性能.

3 結(jié)論

3.1 建立了倏逝波光纖免疫傳感平臺(tái)上的NOR檢測(cè)方法,并優(yōu)化了檢測(cè)條件,結(jié)果表明在Cy5.5標(biāo)記的NOR抗體濃度為1μg/mL、預(yù)反應(yīng)時(shí)間為1min,光纖反應(yīng)時(shí)間為240s時(shí),NOR檢測(cè)的條件最優(yōu),該條件下能夠得到有效的信號(hào)值同時(shí)檢測(cè)效率高.

3.2 選擇性實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示, Cy5.5-NOR抗體對(duì)硫酸卡那霉素、氨卡西林、氟蟲腈、黃曲霉毒素等物質(zhì)的信號(hào)響應(yīng)程度遠(yuǎn)低于NOR,表明該傳感器具有良好的選擇性.光纖探頭重復(fù)使用400次仍保持90%以上的信號(hào)水平,傳感器穩(wěn)定性和可重復(fù)性良好.

3.3 通過對(duì)自來(lái)水、景觀水、二沉池出水等不同基質(zhì)進(jìn)行不同濃度加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn),證明該傳感器具有良好的精密度和準(zhǔn)確性,受環(huán)境基質(zhì)的影響較小,能夠用于環(huán)境中實(shí)際水樣NOR的快速檢測(cè).

[1] Carvalho I T, Santos L. Antibiotics in the aquatic environments: A review of the European scenario [J]. Environment International, 2016,94:736-757.

[2] Zhang Q, Ying G, Pan C, et al. Comprehensive evaluation of antibiotics emission and fate in the river basins of China: source analysis, multimedia modeling, and linkage to bacterial resistance [J]. Environmental science & technology, 2015,49(11):6772-6782.

[3] 周志洪,吳清柱,王秀娟,等.環(huán)境中抗生素污染現(xiàn)狀及檢測(cè)技術(shù)[J]. 分析儀器, 2016,(6):1-8.

Zhou Z, Wu Q, Wang X, et al. Present situation and detection technology of antibiotic pollution in environment [J]. Analysis instrument, 2016,(6):1-8.

[4] Liu Y, Wang Y, Walsh T R, et al. Emergence of plasmid-mediated colistin resistance mechanism MCR-1in animals and human beings in China: a microbiological and molecular biological study [J]. The Lancet Infectious Diseases, 2016,16(2):161-168.

[5] 毛智瓊,金永才,劉 璇,等.我國(guó)與歐盟、美國(guó)、國(guó)際食品法典委員會(huì)的禽蛋抗生素類獸藥殘留限量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析[J]. 食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào), 2020,11(12):4034-4040.

Mao Z, Jin Y, Liu X, et al. Comparative analysis of the limit standards of antibiotics and veterinary drug residues in poultry and eggs between my country and the European Union, the United States and the International Codex Alimentarius Commission [J]. Journal of Food Safety and Quality Inspection, 2020,11(12):4034-4040.

[6] Cesar A, Arias B, Murray E. Antibiotic-Resistant bugs in the 21st century — A clinical super-challenge [J]. New England Journal of Medicine, 2009,360(5).

[7] Wang H, Wang N, Wang B, et al. Antibiotics detected in urines and adipogenesis in school children [J]. Environment International, 2016,89-90:204-211.

[8] 章 強(qiáng),辛 琦,朱靜敏,等.中國(guó)主要水域抗生素污染現(xiàn)狀及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究進(jìn)展[J]. 環(huán)境化學(xué), 2014,33(7):1075-1083.

Zhang Q, Xin Q, Zhu J, et al. Research progress on the status quo of antibiotic pollution in China's main waters and its ecological and environmental effects [J]. Environmental Chemistry, 2014,33(7): 1075-1083.

[9] 楊雯筌,張曉燕,姚 倩,等.液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法檢測(cè)雄蜂蛹粉中50種抗生素殘留[J]. 色譜, 2019,37(1):46-53.

Wenquan Y, Xiaoyan Z, Qian Y, et al. Determination of 50 antibiotic residues in drone pupa powder by liquid chromatography-tandem mass spectrometry [J]. Chinese Journal of Chromatography, 2019, 37(1):46-53.

[10] 王承平,秦 宇,侯蓓蓓,等.UPLC-MS/MS檢測(cè)生鮮牛奶中72種抗生素殘留[J]. 食品與機(jī)械, 2019,35(9):74-76.

Chengping W, Yu Q, Beibei H, et al. Detection of 72 antibiotic residues in raw milk by UPLC-MS/MS [J]. Food and Machinery, 2019,35(9):74-76.

[11] 沈翠香.微生物抑制法檢測(cè)動(dòng)物性食品中喹諾酮類藥物殘留的研究[D]. 烏魯木齊:新疆農(nóng)業(yè)大學(xué), 2010.

Shen C. Study on the detection of quinolones residues in animal food by microbial inhibition method [D]. Urumqi: Xinjiang Agricultural University, 2010.

[12] Liang X, Li C, Zhu J, et al. Dihydropteroate synthase based sensor for screening multi-sulfonamides residue and its comparison with broad-specific antibody based immunoassay by molecular modeling analysis [J]. Analytica Chimica Acta, 2019,1050:139-145.

[13] 韓 璐,黃大波.生物傳感器在環(huán)境污染物檢測(cè)中的應(yīng)用[J]. 山東化工, 2017,46(12):84-85.

Han L, Huang D. Application of biosensor in environmental pollutant detection [J]. Shandong Chemical, 2017,46(12):84-85.

[14] Hoseinian M, Ahmadi A, Bezgabadi A, et al. Simulation of wagon wheel optical fiber biosensor for quick and easy detection of cancer cells [J]. Optical and Quantum Electronics, 2021,53.

[15] 龍 峰,施漢昌,何 苗,等.倏逝波熒光免疫傳感器在環(huán)境檢測(cè)中的研究進(jìn)展[J]. 環(huán)境科學(xué), 2008,(3):545-550.

Long F, Shi H, He M, et al. Research progress of evanescent wave fluorescence immunosensors in environmental detection [J]. Environmental Science, 2008,(3):545-550.

[16] 李 偉,吳 君,王浩宇,等.倏逝波免疫傳感器超靈敏檢測(cè)水樣中的雙酚A [J]. 環(huán)境化學(xué), 2018,37(2):347-352.

Wei L I, Jun W, Haoyu W, et al. Ultrasensitive detection of BPA in water using an evanescent wave immunosensor [J]. Environmental Chemistry, 2018,37(2):347-352.

[17] Cheng Y, Wang H, Zhuo Y, et al. Reusable smartphone-facilitated mobile fluorescence biosensor for rapid and sensitive on-site quantitative detection of trace pollutants [J]. Biosensors and Bioelectronics, 2022,199:113863.

[18] Xu W, Liu J, Song D, et al. Rapid, label-free, and sensitive point- of-care testing of anti-SARS-CoV-2IgM/IgG using all-fiber Fresnel reflection microfluidic biosensor [J]. Microchimica Acta, 2021,188(8).

[19] Long F, Gao C, Shi H C, et al. Reusable evanescent wave DNA biosensor for rapid, highly sensitive, and selective detection of mercury ions [J]. Biosensors and Bioelectronics, 2011,26(10):4018- 4023.

[20] Long F, Shi H C, He M, et al. Sensitive and rapid detection of 2,4-dicholorophenoxyacetic acid in water samples by using evanescent wave all-fiber immunosensor [J]. Biosensors and Bioelectronics, 2008,23(9):1361-1366.

[21] 龍 峰,施漢昌,王洪臣,等.用于1,3-二硝基苯快速檢測(cè)的免疫傳感器研究[J]. 環(huán)境科學(xué), 2014,(4):1561-1565.

Long F, Shi H, Wang H, et al. Study on immunosensor for rapid detection of 1,3-dinitrobenzene [J]. Environmental Science, 2014,(4): 1561-1565.

[22] 許振成.環(huán)境痕量污染物及其防控對(duì)策[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理, 2009,34(11):39-42.

Xu Z. Environmental trace pollutants and their prevention and control countermeasures [J]. Environmental Science and Management, 2009, 34(11):39-42.

[23] Midgley A J, Niswender G D, Rebar R W. Principles for the assessment of the reliability of radioimmunoassay methods (precision, accuracy, sensitivity, specificity) [J]. Acta Endocrinol. Suppl. (Copenh), 1969,142:163-184.

[24] 謝文佳,孫曉霞,王 前,等.基于固相萃取-高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定飲用水中14種抗生素[J]. 輕工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量, 2021,(5):6.

Xie W, Sun X, Wang Q, et al. Simultaneous determination of 14antibiotics in drinking water based on solid phase extraction-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry [J]. Light Industry Standard and Quality, 2021,(5):6.

[25] 李樹瑩.水中喹諾酮類抗生素免疫檢測(cè)技術(shù)研究[D]. 北京:清華大學(xué), 2018.

Li S. Study on immunodetection technology of quinolone antibiotics in water [D]. Beijing: Tsinghua University, 2018.

Rapid detection of norfloxacin in water by evanescent wave fiber optic biosensor.

ZHUO Yu-xin, XU Wen-juan, CHENG Yuan, SONG Dan, HAN Xiang-zhi, LONG Feng*

(School of Environment and Natural Resources, Renmin University of China, Beijing 100872, China), 2022,42(5)：2283～2288

Norfloxacin (NOR), a widely used antibiotic, is becoming a major threat to ecological security. The existing detection methods have either high cost and pretreatment requirements or long detection time and poor sensitivity. Based on indirect competitive immunoassay principle, a new detection method of norfloxacin was developed using the evanescent wave fiber optic bio sensing platform. The rapid and sensitive detection of norfloxacin in water was achieved. The optimal detection conditions of norfloxacin were as follows: antibody concentration was 1μg/mL, pre-reaction time was 1min, and reaction time was 4min. Under the optimal conditions, the detection limit of norfloxacin was 1.89μg/L. The coating-antigen modified fiber optic probe showed good specificity for fluorescence-labeled anti-norfloxacin antibody and stability, and could be reused more than 400 times. The recovery results of the spiked water samples, such as tap water, landscape water, and effluent of secondary sedimentation tank, demonstrated that the proposed biosensor had good precision and accuracy, and was less affected by the environmental matrix. The presented biosensor can be used for the rapid detection of NOR in actual water samples.

norfloxacin；antibiotics；evanescent wave biosensor；immunoassay；environmental monitoring

X83

A

1000-6923(2022)05-2283-06

卓雨欣(1996-),女,福建寧德人,碩士研究生,主要研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)與生物傳感器.發(fā)表論文2篇.

2021-09-22

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21675171)和北京市自然科學(xué)基金-海淀原始創(chuàng)新聯(lián)合基金資助項(xiàng)目(L182045)

* 責(zé)任作者, 教授, longf04@ruc.edu.cn