多孔有機(jī)框架材料在真菌毒素分離富集與檢測中的研究進(jìn)展

劉 威, 徐之薇, 王 睿, 趙 雨, 賈 瓊*

(1. 長春中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院, 吉林 長春 130017; 2. 長春中醫(yī)藥大學(xué)人參科學(xué)研究院, 吉林 長春 130017; 3. 吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院, 吉林 長春 130012)

真菌毒素(mycotoxin),也稱霉菌毒素,是由真菌產(chǎn)生的一類有毒的次生代謝產(chǎn)物,對肝臟、腎臟、造血系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)有嚴(yán)重的毒性以及致癌、致畸、致突變等作用[1]。真菌毒素具有種類繁多、來源廣泛等特點,迄今為止,已發(fā)現(xiàn)500多種化學(xué)結(jié)構(gòu)不同的真菌毒素,其中黃曲霉素(AFs)、赭曲霉素A(OTA)、玉米赤霉烯酮(ZEN)、棒曲霉素(PAT)、3-硝基丙酸(3-NPA)等因具有較強(qiáng)的毒性,受到了廣泛的關(guān)注。最易受真菌毒素污染的作物是谷物,尤其是小麥、玉米、大麥、黑麥、燕麥等[2]。另外,中藥材在采收、加工、貯存等過程中若處理不當(dāng),也很容易被真菌毒素污染。真菌毒素污染問題已經(jīng)成為中藥材生產(chǎn)和使用過程中的重要安全性問題之一[3]。

在已報道的真菌毒素的檢測分析方法中,酶聯(lián)免疫吸附測定法應(yīng)用較廣,但該方法需依賴昂貴的抗體和酶,具有制備成本高、耐酸堿性低、穩(wěn)定性差、儲存不便、操作步驟繁瑣等缺陷,因此很難滿足食品安全中快速檢測的要求。色譜法是另一種常用的真菌毒素的檢測方法,然而,真菌毒素種類繁多、分布范圍廣泛、樣品基質(zhì)復(fù)雜,且各類真菌毒素在實際樣品中含量極低,這些條件阻礙了色譜法在真菌毒素檢測中的直接應(yīng)用。因此,在色譜分析前開發(fā)高效的樣品前處理方法十分重要。

目前,已有一些吸附材料被用于真菌毒素的分離富集,如超交聯(lián)聚合物[4]、納米復(fù)合材料[5]、分子印跡聚合物[6]、多孔有機(jī)框架材料[7]等。其中,多孔有機(jī)框架材料具有比表面積大、孔徑可調(diào)節(jié)、活性位點分布均勻、結(jié)構(gòu)可修飾等優(yōu)點,在氣體儲存[8]、吸附分離[9,10]、化學(xué)催化[11]、化學(xué)傳感[12]等方面均得到了應(yīng)用。金屬有機(jī)框架(MOF)和共價有機(jī)框架(COF)是多孔有機(jī)框架材料最典型的代表,在真菌毒素的分離富集領(lǐng)域已受到廣泛關(guān)注。同時,MOF/COF材料的結(jié)構(gòu)特性使得其具有優(yōu)異的熒光和電化學(xué)性質(zhì),基于MOF/COF的熒光及電化學(xué)傳感器由于操作簡單、響應(yīng)迅速、靈敏度高,已被廣泛用于真菌毒素的分析傳感檢測。

目前,已有一些綜述文章分別針對MOF或COF材料在真菌毒素樣品前處理或分析傳感中的研究進(jìn)行了總結(jié)[7,13-15]。例如,Xin等[7]綜述了COF吸附劑在食品污染物(包括多環(huán)芳烴、生物胺、殺蟲劑、重金屬離子、非法添加劑、生物毒素等)富集分析中的應(yīng)用;林志琦等[14]總結(jié)了MOF傳感器在真菌毒素檢測中的研究進(jìn)展。本文系統(tǒng)綜述了MOF和COF這兩類多孔有機(jī)框架材料在真菌毒素分析檢測中的研究應(yīng)用,涵蓋了真菌毒素色譜分析中的樣品前處理方法(固相萃取(SPE)、分散固相萃取(DSPE)、磁固相萃取(MSPE)、免疫磁珠分離(IMS))及得到了廣泛關(guān)注的熒光/電化學(xué)傳感研究的應(yīng)用進(jìn)展。

1 多孔有機(jī)框架材料概述

多孔有機(jī)框架材料是多孔材料的一種,近年來得到了快速的發(fā)展,目前以MOF、COF為代表的多孔有機(jī)框架材料在樣品前處理及分析傳感等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。MOF是一類通過配位鍵將過渡金屬離子和有機(jī)配體連接起來,經(jīng)過一系列自組裝行為形成的多孔材料。根據(jù)采用的金屬和有機(jī)配體不同,可形成多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。COF的骨架是由純有機(jī)構(gòu)筑單元通過有機(jī)官能團(tuán)反應(yīng)橋聯(lián)搭建的,完全由C、H、O、N、B等輕元素通過共價鍵組成,所以密度較小,化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性更好。因為有機(jī)化學(xué)反應(yīng)類型種類繁多,構(gòu)筑單元多種多樣,所以理論上來講可以合成的COF是層出不窮的。

MOF/COF材料的合成主要通過將前驅(qū)體置于反應(yīng)容器中,外加能量促進(jìn)結(jié)晶。二者的合成方法有很多種,其中電化學(xué)合成法[16]、微波合成法[17]、光化學(xué)合成法[18]、輻射化學(xué)合成法[19]等合成方法尚未得到廣泛應(yīng)用,還需要深入研究結(jié)晶過程和機(jī)理;常見的合成方法有水/溶劑熱合成法[20-30]、室溫攪拌合成法[31-35]、超聲合成法[36],這些合成方法各有優(yōu)缺點,具體見表1。

表1 MOF和COF的常用合成方法

2 多孔有機(jī)框架材料在真菌毒素分離富集中的應(yīng)用

MOF/COF材料由于獨特的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),被廣泛用于氣體、金屬離子、有機(jī)小分子、生物大分子等的吸附中。由MOF/COF材料構(gòu)建的吸附劑,可以通過配位、π-π、氫鍵、疏水作用等多種作用力與真菌毒素相互作用,因此其在真菌毒素分離富集中的應(yīng)用引起了研究者的廣泛關(guān)注。目前,MOF/COF分離富集材料在真菌毒素樣品前處理中的應(yīng)用技術(shù)主要包括SPE、DSPE、MSPE、IMS等。

2.1 固相萃取

SPE是通過吸附劑選擇性吸附目標(biāo)物,再采用溶劑解吸目標(biāo)物,以達(dá)到分離富集的目的。該技術(shù)具有富集效率高、選擇性較好、溶劑用量少等優(yōu)點[37,38]。MOF/COF材料已被廣泛用作真菌毒素的SPE吸附劑。例如,Du等[39]建立了一種多目標(biāo)、高效率、低成本的去除植物油中真菌毒素的方法。作者以MOF-235為吸附劑,在30 min內(nèi)即可同時去除超過96.1%的AFs和83.3%的ZEN,而且,用MOF-235處理的植物油表現(xiàn)出較小的細(xì)胞毒性。MOF-235具有足夠的去除目標(biāo)殘留物的能力以及安全性和可重復(fù)使用性,可用于去除受污染植物油中的多種真菌毒素。

MOF除了直接作為吸附劑用于富集外,還可以作為優(yōu)良的模板用來制備具有中空結(jié)構(gòu)的吸附材料,中空結(jié)構(gòu)中存在的較大空腔使得合成的材料具有更大的比表面積、豐富的孔隙率、化學(xué)穩(wěn)定性、表面滲透性及低密度等優(yōu)點。Yang等[40]利用ZIF-8作為自犧牲模板,制備了一種具有中空結(jié)構(gòu)的COF材料(HCOF)。作者首先合成了核殼結(jié)構(gòu)的ZIF-8@COF,然后將ZIF-8@COF溶解在醋酸溶液中去除ZIF-8以得到HCOF。與傳統(tǒng)方法合成的COF相比,HCOF具有更高的穩(wěn)定性、通用性及對AFs更高的吸附性能。以合成的HCOF為固相萃取吸附劑,與HPLC-MS聯(lián)用,成功用于嬰幼兒奶粉中AFs的檢測。

為了提高復(fù)雜基質(zhì)中待分析物質(zhì)的選擇性,分子印跡聚合物(MIPs)常被用作SPE吸附劑[41,42]。Huang等[43]合成了基于MIL-101的表面分子印跡聚合物(MIL-101@MIPs),結(jié)合HPLC用于檢測谷物中的ZEN。Fatemeh等[44]利用深共晶溶劑技術(shù)與分子印跡技術(shù)相結(jié)合,制備了基于MOF的AFs分子印跡聚合物,用作SPE吸附劑,成功實現(xiàn)了對谷物樣品中4種AFs的富集。Li等[45]報道了一種在室溫下簡單合成的具有強(qiáng)疏水性的納米花COF,據(jù)此制備了SPE吸附劑COF@MIP,建立了SPE與HPLC聯(lián)用法,并用于5種常見谷物中AFs的檢測。該方法在痕量真菌毒素的預(yù)處理和檢測方面具有潛在的應(yīng)用價值。

2.2 分散固相萃取

DSPE是一種將固體吸附劑直接添加到樣品溶液中,待吸附劑和分析物之間相互作用后,通過離心實現(xiàn)目標(biāo)物快速分離富集的一種方法。DSPE克服了SPE由于擴(kuò)散和傳質(zhì)速率限制而柱平衡時間較長的缺點,具有時間更短、成本更低、操作更簡單、有機(jī)溶劑消耗更少等優(yōu)點。Mohebbi等[46]合成了維生素B3-MOF,作為分散固相萃取的吸附劑,結(jié)合HPLC-MS檢測,用于提取和富集豆奶樣品中的AFs。該吸附劑是以維生素B3為連接劑,水為反應(yīng)溶劑,在溫和的條件下綠色合成得到的。在整個萃取過程中,吸附劑和有機(jī)溶劑的用量較小,對環(huán)境友好。另外,Rezaei等[47]采用水熱法合成了Cu/Ni雙金屬MOF材料并用作DSPE吸附劑,結(jié)合HPLC-熒光檢測,成功用于水樣和大米中4種AFs(AFB1、AFB2、AFG1、AFG2)的檢測,定量限為0.04～0.15 ng/mL。

2.3 磁固相萃取

MSPE是以磁性材料作為吸附劑的一種分散固相萃取技術(shù)。由于在外加磁場下即可實現(xiàn)磁性吸附劑與分析物的迅速分離,與常規(guī)的SPE相比,MSPE具有操作簡單、省時快速等優(yōu)勢[48,49]。因此,MSPE在真菌毒素分離富集中的應(yīng)用已見諸多報道,其中,對AFs的分離富集受到了最廣泛的關(guān)注。例如,Li等[25]以磁性金屬有機(jī)框架(Mg/Zn-MOF-74@Fe3O4MNPs)為吸附劑,建立了AFB1的檢測方法。該吸附劑對AFB1表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附性能,能夠快速富集和分離復(fù)雜基質(zhì)中的AFB1,并且合成條件簡單溫和,價格低廉,因此有望成為商用免疫親和柱的替代品,具有廣闊的應(yīng)用前景。Durmus等[50]采用超聲攪拌共沉淀法制備了磁性納米顆粒MOF復(fù)合材料(MIL-53(Al)-SiO2@Fe3O4),將其作為磁性固相萃取吸附劑,用以檢測冬季涼茶中的AFB1。Ghorbani等[51]制備了一種新型、低成本的吸附劑Fe/Ni-MIL-53@chitosan@Fe3O4,分別用于磁固相萃取中藥材蒸餾物、食品和實際水樣中的4種AFs。該吸附劑由殼聚糖、磁性Fe3O4納米顆粒和雙金屬MOF依次通過水熱合成法和化學(xué)合成法制備而成,Fe/Ni-MIL-53提高了AFs的萃取效率,殼聚糖增加了該吸附劑的穩(wěn)定性,有效避免了吸附劑在超聲條件下被破壞。

Li等[52]以2,5-二羥基-1,4-苯二甲醛(Dt)和4′,5′-雙(4-氨基苯基)-[1,1:2′,1″-三聯(lián)苯]-4,4″-二胺(BAPTPDA)為單體合成了一種磁性COF吸附劑。該吸附劑表現(xiàn)出對黃曲霉素M1(AFM1)、M2(AFM2)優(yōu)異的吸附性能,結(jié)合HPLC-MS檢測,實現(xiàn)了牛奶中AFM1、AFM2的快速檢測,該方法線性范圍寬(0.01～100 μg/kg)、檢出限低(0.006 9～0.007 8 μg/kg)。同年,該課題組[53]采用1,2,4,5-四(4-甲?；交?苯(TFPB)和對苯二胺(PPD)這兩種新型單體,在室溫下制備了一種磁性固相萃取材料M-COF,并與HPLC-MS聯(lián)用,用于測定食品(牛奶、食用油、大米)中的4種AFs。該M-COF對AFs的吸附容量為69.5～92.2 mg/g、檢出限為0.01～0.05 μg/kg,且提取過程簡單、快速,可重復(fù)使用8次以上。

除AFs外,MSPE對OTA的分離富集也已被報道。Wei等[54]制備了一種磁性MOF(UiO-66-NH2),該材料具有合成簡單、操作方便、性能優(yōu)異的特點,10 min內(nèi)對OTA的吸附效率高達(dá)94%。在30 min即可完成檢測,線性范圍較寬(0.1～100 ng/mL),檢出限較低(0.28 ng/mL)。另外,Yang等[55]制備了一種磁性共價有機(jī)框架材料(Fe3O4@COF),并成功應(yīng)用于啤酒、白酒和醋中OTA的富集和分析。由于COF本身具有較大的比表面積和高孔隙率,以及COF與OTA之間的氫鍵、π-π、疏水等相互作用,采用Fe3O4@COF成功實現(xiàn)了對OTA的高選擇性富集。

針對不同種類真菌毒素的混合體系,研究者們也進(jìn)行了大量的工作。Wei等[31]以核殼結(jié)構(gòu)的磁性共價有機(jī)框架(Fe3O4/COF-TpBD)為吸附劑,構(gòu)建了一種簡單、快速、靈敏、渦流輔助的MSPE方法,結(jié)合HPLC-MS用于玉米中10種真菌毒素(包括AFs、OTA、鐮孢菌素等)的同時檢測,線性范圍為0.05～50 μg/kg,檢出限為0.02～1.67 μg/kg。Wang等[30]以磁性COF(TAPT-DHTA)納米復(fù)合材料作為MSPE吸附劑,結(jié)合UHPLC-MS用于水果中9種真菌毒素的檢測。該復(fù)合材料以Fe3O4為磁芯,1,3,5-三-(4-氨基苯基)三嗪(TAPT)和2,5-二羥基對苯二甲醛(DHTA)為兩個構(gòu)建單元,通過簡單的模板沉淀聚合法制備而成。由于具有豐富的羥基和芳香環(huán),該復(fù)合材料能有效捕獲真菌毒素,所建立的方法線性范圍較寬(0.05～200 μg/kg),檢出限低(0.01～0.5 μg/kg)。Guo等[56]以MIL-101(Cr)@Fe3O4納米復(fù)合材料為吸附劑,開發(fā)了一種高效快速的MSPE方法,結(jié)合UHPLC-MS成功用于多種農(nóng)產(chǎn)品中9種真菌毒素的檢測,該方法靈敏度較高,定量限范圍為0.08～0.20 μg/kg。與傳統(tǒng)的SPE相比,該方法具有簡便、省時、對環(huán)境友好的特點。

2.4 免疫磁珠分離

IMS是通過納米磁珠表面修飾的不同官能團(tuán)與抗體特異性結(jié)合,將目標(biāo)物從樣品中識別和富集出來的一種樣品前處理技術(shù)。目前,將IMS用于真菌毒素分離富集的文獻(xiàn)報道較少。Han等[57]制備了一種基于MOF復(fù)合材料的免疫磁珠,成功用于富集脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(DON)、ZEN、T-2毒素、HT-2真菌毒素。每100 mg復(fù)合物的最大毒素吸附量為DON 688.26 ng、ZEN 864.98 ng、T-2/HT-2 2 801.80 ng,且能夠保持較高的使用穩(wěn)定性。另外,該工作對所合成的免疫磁珠的富集效果進(jìn)行了評價,即使用該免疫磁珠和商用的DZTMS-PREP免疫親和柱同時處理玉米、小麥、燕麥粉3種樣品,實驗結(jié)果顯示,兩種處理方法對4種真菌毒素的富集結(jié)果一致。

3 多孔有機(jī)框架材料在真菌毒素分析傳感中的應(yīng)用

MOF/COF具有結(jié)構(gòu)可調(diào)、孔隙率高、易于功能化及良好的光電效應(yīng)等優(yōu)點,被廣泛用于真菌毒素傳感器的構(gòu)建。目前,MOF/COF在真菌毒素分析傳感中的應(yīng)用主要集中于熒光傳感和電化學(xué)傳感(表2)。

表2 MOF/COF在真菌毒素分析傳感中的應(yīng)用

3.1 赭曲霉素A

OTA又名甲酸異香豆素,于20世紀(jì)70年代從赭曲霉菌中分離得到,是一種毒性最強(qiáng)的赭曲毒素,具有免疫毒性、肝腎毒性、致畸性、致突變性和致癌性[68]?；贛OF/COF的熒光傳感器、電化學(xué)傳感器已被諸多研究者開發(fā)并用于OTA的分析傳感。如Liu課題組[60]以ZIF-8為前驅(qū)體,通過高溫?zé)峤鈀IF-8@ZIF-67,制備了具有中空核殼結(jié)構(gòu)的氮納米管摻雜MOF衍生多孔材料(Co/NCNT),并基于Co/NCNT的氧化酶活性,構(gòu)建了比色-熒光雙模式傳感器用于檢測OTA(圖1),該方法的線性檢測范圍為0.001～10 μg/L,檢出限低至0.21 ng/L(比色法)和0.17 ng/L(熒光法)。隨后,該課題組[69]以Cu2O為模板合成了CuFe-MOF,并進(jìn)一步通過高溫?zé)峤庵苽淞薈u@Fe-NC,構(gòu)建了比色法和比率熒光法的雙模式傳感器,成功實現(xiàn)了OTA的測定,線性范圍為0.001～10 μg/L,檢出限為0.52 ng/L。

圖1 Co/NCNT作為氧化酶模擬物的雙模式免疫傳感器示意圖[60]

MOF/COF在OTA的電化學(xué)分析傳感領(lǐng)域的應(yīng)用也已見報道。Zhou等[63]在熱調(diào)節(jié)絲網(wǎng)印刷電極模塊上構(gòu)建了一種適配體傳感器(COF-Au-MB-Apt),成功實現(xiàn)了對谷物樣品中OTA的檢測,該方法線性范圍較寬(2.0×10-7～0.6 μg/mL),檢出限較低(0.12 pg/mL)。李梅等[70]以負(fù)載鉑納米顆粒的金屬有機(jī)骨架納米酶(PtNPs@Mn-MOF)為電極基底,構(gòu)建了一種無標(biāo)記型電化學(xué)適配體傳感器,用于OTA的定量檢測。以2,5-二羥基對苯二甲酸為配體,采用水熱合成法制備了具有良好過氧化物酶活性的Mn-MOF-74,隨后將鉑納米顆粒負(fù)載在Mn-MOF-74上,制備得到了PtNPs@Mn-MOF納米復(fù)合材料。該生物傳感器采用的U盤式小型電化學(xué)工作站小巧方便、易于攜帶,可用于實際樣品中OTA的現(xiàn)場檢測,為食品安全檢測提供了一種新方法。最近,Guan等[71]報道了一種基于DNA步行器的雙信號比率型電化學(xué)適配體傳感器,用于紅酒樣品中OTA含量的測定,并將所測結(jié)果與商業(yè)的酶聯(lián)免疫試劑盒進(jìn)行比較,結(jié)果令人滿意。可以預(yù)期,基于MOF/COF的熒光、電化學(xué)傳感器將在OTA的分析傳感中得到越來越廣泛的關(guān)注。

3.2 黃曲霉素

AFs是二氫呋喃香豆素的衍生物,是所有已知的真菌毒素中對食品和飼料污染最嚴(yán)重、關(guān)注度最高、研究最廣泛的毒素。AFB1是AFs中毒性最強(qiáng)的一種毒素,具有致癌性和致畸性,被國際癌癥研究機(jī)構(gòu)劃分為Ⅰ類致癌物[36]。Hu等[20]設(shè)計合成了一種基于MOF的LMOF-241熒光傳感器,用于AFB1的高選擇性檢測。合成的熒光傳感材料LMOF-241發(fā)藍(lán)綠色光,具有極高的量子產(chǎn)率(92.7%),是迄今為止性能最好的熒光傳感器之一。作者通過研究LMOF-241對AFB1的傳感機(jī)理發(fā)現(xiàn),AFB1對LMOF-241產(chǎn)生的淬滅原因是電子轉(zhuǎn)移所致而非能量轉(zhuǎn)移。Wang等[33]構(gòu)建了一種基于超低濃度鋁金屬有機(jī)框架的開啟式熒光傳感平臺,用于檢測茶葉樣品中的AFB1(圖2)。將NH2-MIL-53(Al)作為熒光傳感平臺,是因為其在水溶液中具有呼吸效應(yīng)和穩(wěn)定性。此外,氨基作為活性基團(tuán)可以與AFB1相互作用,兩者之間的作用力表現(xiàn)為氫鍵、配位鍵和酸堿效應(yīng)。

圖2 基于熒光MOF的AFB1熒光檢測示意圖[33]

除了上述熒光傳感器,基于MOF/COF的電化學(xué)傳感器因選擇性好、操作簡單快捷等特點也被用于AFs的傳感。Pang課題組[29]構(gòu)建了COF(TpBD)修飾的玻碳電極,并結(jié)合滾環(huán)擴(kuò)增(RCA),設(shè)計了一種電化學(xué)-酶聯(lián)免疫傳感器(EC-ELISA),用于乳制品中AFM1的檢測。該方法的線性范圍為0.5～80 ng/mL,檢出限為0.15 ng/mL。作者將COF與核酸信號放大相結(jié)合,極大地提高了AFM1的靈敏度,該方法也為其他生物大分子的檢測提供了新思路。隨后,該課題組又通過TpBD在電極表面原位生長構(gòu)建了一種電化學(xué)傳感器,同樣用于AFM1的檢測[36]。TpBD具有較大的表面積,且TpBD與信號探針之間具有較強(qiáng)的π-π作用。該方法的線性范圍為0.5～80 ng/mL,檢出限為0.15 ng/mL。Liao等[35]利用仿生礦化MOF封裝了大量琥珀?；备^氧化物酶(sHRP),設(shè)計了一種電化學(xué)免疫傳感器。仿生礦化MOF不僅保護(hù)sHRP不變性,還促進(jìn)信號的傳輸,可提供比常規(guī)sHRP偶聯(lián)物更強(qiáng)的檢測信號,實現(xiàn)對痕量AFB1的檢測。該方法具有線性范圍寬(5.0×10-5～10 ng/mL)、檢出限低(20 fg/mL)的特點,并具有較好的穩(wěn)定性、特異性和重現(xiàn)性。

3.3 3-硝基丙酸

3-硝基丙酸(3-NPA)是曲霉屬和青霉屬的少數(shù)菌種產(chǎn)生的有毒代謝產(chǎn)物,廣泛存在于變質(zhì)的甘蔗中,中毒的主要表現(xiàn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)受損[72]。3-NPA具有很強(qiáng)的酸性,熒光激發(fā)和發(fā)射波長會隨pH變化發(fā)生改變,據(jù)此,研究者設(shè)計了多種用于3-NPA分析傳感的MOF熒光探針材料。例如,Guo等[26]報道了一種穩(wěn)定的納米級單激發(fā)比率熒光pH傳感器。在2.5～8.6的pH值范圍內(nèi),作者通過后修飾策略,將萘二甲酰亞胺對鋯基金屬有機(jī)框架(Zr-MOF)進(jìn)行衍生化處理,制備得到熒光傳感材料(ZrMOF@MPDB)。該傳感器對pH值具有快速、靈敏和線性響應(yīng),并可成功用于甘蔗汁中3-NPA的檢測,檢出限低至15 μmol/L。Zhao等[28]構(gòu)建了一種基于雙發(fā)光MOF(Eu-MOF)的pH調(diào)節(jié)比率熒光傳感器,用于甘蔗中3-NPA的檢測。在pH值3.0～4.0范圍內(nèi),該傳感器顯示出比率發(fā)光特性。作者使用基于Eu-MOF的試紙,實現(xiàn)了對3-NPA的快速、可視化和高靈敏度檢測。此外,Tian等[73]合成了一種基于Cd(Ⅱ)的微孔發(fā)光MOF,并通過客體吸附將異硫氰酸熒光素染料分子固定在MOF中,實現(xiàn)了對3-NPA的有效傳感,檢出限低至0.135 mol/L(圖3)。

圖3 基于Cd(Ⅱ)的MOF復(fù)合材料對3-NPA的熒光傳感示意圖[73]

3.4 玉米赤霉烯酮

ZEN又名F-2毒素,是一種2,4-二羥基苯甲酸內(nèi)酯類化合物,具有生殖毒性、免疫毒性、肝腎毒性[74]。Chen等[67]提出了一種基于便攜式電化學(xué)工作站的適配體傳感器,用于ZEN的定量檢測。首先,作者用鈰對TpBpy COF進(jìn)行改性,制備含鈰的共價有機(jī)骨架材料(Ce-TpBpy COF),隨后與金納米粒子AuNPs結(jié)合生成了復(fù)合材料(AuNPs@Ce-TpBpy COF),最后借助絲網(wǎng)印刷電極和U盤電化學(xué)工作站構(gòu)建了用于ZEN的電化學(xué)傳感器。采用計時電流法于Tris-醋酸緩沖溶液中測定AuNPs@Ce-TpBpy COF對過氧化氫還原的催化電流,當(dāng)體系中存在ZEN時,ZEN與適配體特異性結(jié)合,阻礙了電子的傳遞,使電極表面修飾的AuNPs@Ce-TpBpy COF對過氧化氫還原的催化電流變小,通過催化電流的減小值(ΔI)實現(xiàn)了對ZEN的定量檢測。

中藥材薏苡仁因淀粉及多糖的含量較高,極易受真菌毒素ZEN的污染。Lai等[24]報道了一種用于電化學(xué)適配體的傳感材料P-Ce-MOF@MWCNTs,該材料通過將聚乙烯亞胺對鈰基MOF和多壁碳納米管納米復(fù)合材料進(jìn)行功能化制備而成,具有較高的比表面積和優(yōu)異的電化學(xué)活性。作者通過電沉積法將甲苯胺藍(lán)(TB)沉淀在合成的復(fù)合材料上,并滴入鉑@金納米顆粒(Pt@Au)用以附著ZEN適配體,構(gòu)建了電化學(xué)適配體傳感器,并成功用于中藥材薏苡仁中ZEN的檢測(圖4)。

圖4 (A)P-Ce-MOF@MWCNTs的合成與(B)電化學(xué)適配體傳感器的構(gòu)建示意圖[24]

3.5 其他真菌毒素

真菌毒素種類繁多,MOF/COF除了用于構(gòu)建OTA、AFs、3-NPA、ZEN 4種真菌毒素的傳感器外,在其他真菌毒素如桔青霉素、T-2毒素、PAT、伏馬毒素(FB)、DON等傳感中的應(yīng)用也被廣泛研究。桔青霉素又名桔霉素,廣泛污染玉米、大米等農(nóng)作物,對人類及動物具有嚴(yán)重的致畸、致癌和誘發(fā)基因突變等作用[75]。Hitabatuma等[21]構(gòu)建了一種基于MOF(UiO-66)的熒光傳感器,用于檢測食品和飼料中的桔青霉素。以苯甲酸和對苯二甲酸作為混合配體合成了具有穩(wěn)定熒光的UiO-66,合成的UiO-66具有較大的比表面積(1 390 cm2/g),對桔霉素的吸附容量高達(dá)150 mg/g,吸附效率達(dá)80%。該傳感器成功實現(xiàn)了小麥和飼料樣品中桔青霉素的檢測。

T-2毒素是一種鐮刀菌毒素,是農(nóng)產(chǎn)品中常見的污染物,是一種公認(rèn)的真核蛋白合成抑制劑,可對皮膚、腎臟、肝臟、大腦、造血、淋巴、胃腸道和生殖系統(tǒng)等多個器官造成損傷[76]。Zhao等[22]篩選出一種淬滅效率高的NH2-UiO-66,采用Cy3標(biāo)記的適配體(Cy3-aptamer)構(gòu)建了一種熒光傳感器,用于T-2毒素的檢測。借助π-π、氫鍵、配位作用,NH2-UiO-66可以吸附并淬滅Cy3-aptamer發(fā)出的熒光,在T-2毒素存在的情況下,能夠識別并結(jié)合Cy3-aptamer,導(dǎo)致NH2-UiO-66/Cy3-aptamer復(fù)合物解體,致使能量轉(zhuǎn)移過程被阻斷,熒光強(qiáng)度得以恢復(fù),從而實現(xiàn)對T-2毒素的高靈敏度檢測(圖5)。

圖5 Cy3-aptamer/MOF熒光適配體傳感器的原理示意圖[22]

PAT又稱展青霉素,普遍存在于腐爛的蘋果及蘋果汁、蘋果酒等蘋果制品中,對胃腸、肝腎及免疫系統(tǒng)具有明顯毒性[66]。Yan等[77]基于催化發(fā)夾自組裝策略,將硫量子點(SQDs)封裝在MOF-5-NH2中,構(gòu)建了一種熒光傳感器SQDs@MOF-5-NH2,用于檢測蘋果汁中的PAT。與MOF-5-NH2相比,SQDs@MOF-5-NH2具有更強(qiáng)的熒光強(qiáng)度和良好的水溶性,其實驗結(jié)果與HPLC的測定結(jié)果一致,證明該熒光傳感器具有良好的實際應(yīng)用價值。

伏馬毒素是一種由串珠鐮刀菌產(chǎn)生的水溶性代謝產(chǎn)物,主要污染玉米、小麥、高粱、水稻等糧食,迄今為止,伏馬毒素已被發(fā)現(xiàn)的種類至少有15種,其中伏馬毒素B1(FB1)的毒性最強(qiáng),污染最廣泛。FB1能夠引起細(xì)胞膜脂質(zhì)改變、鞘脂代謝紊亂、細(xì)胞氧化損傷、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞自噬等,甚至有致癌的潛在威脅[78]。Sun等[34]設(shè)計合成了一種DNA水凝膠包覆MOF的刺激響應(yīng)型電化學(xué)傳感器,用于檢測食品樣品中的FB1。DNA-聚丙烯酰胺水凝膠適配體傳感器是通過雜交鏈?zhǔn)椒磻?yīng)在MOF骨架上形成的,該傳感器對FB1具有明顯的刺激性響應(yīng),在對溶液及食品樣品中的FB1進(jìn)行檢測時,表現(xiàn)出較好的分析性能,該方法的線性范圍為0.05～100 ng/mL,檢出限為0.024 ng/mL。

DON又名瓜萎鐮菌醇,常存在于被污染的糧食中,食用過量DON的人或動物會引起腸胃炎,長期食用會導(dǎo)致發(fā)育和繁殖受阻[79]。Yu等[80]構(gòu)建了一種熒光-表面增強(qiáng)拉曼散射雙模式(FL-SERS)適配體傳感器,成功用于DON的高靈敏檢測,該方法的檢出限為0.08 ng/mL(FL)和0.06 ng/mL(SERS)。除了以上真菌毒素,可以預(yù)期,基于MOF/COF的傳感器將在其他真菌毒素的分析傳感中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

4 結(jié)論與展望

MOF和COF作為多孔有機(jī)框架材料的典型代表,因具有高比表面積、孔徑可調(diào)節(jié)、活性位點分布均勻、結(jié)構(gòu)可修飾等優(yōu)異性能,為真菌毒素的分析提供了更多的研究方向。目前MOF和COF在真菌毒素中的應(yīng)用多集中在食品污染方面,而對于中藥材中真菌毒素的應(yīng)用還有待挖掘?；贛OF和COF的電化學(xué)傳感器在一定程度上滿足了真菌毒素即時檢測的需要,但用于真菌毒素的便攜式熒光傳感平臺的研究還未見報道,有待進(jìn)一步的探索。另外,雖然基于MOF或COF設(shè)計的材料已用于OTA、AFs等真菌毒素的分析,但同時富集、檢測多種真菌毒素的報道有限。相信在不久的將來,以MOF和COF為代表的多孔有機(jī)框架材料在真菌毒素的分析中會發(fā)揮更大的作用。