量子點技術(shù)在動物源性食品諾氟沙星快速檢測中的應(yīng)用

Application of Quantum Dot Technology in the Rapid Detection of Norfloxacin in Animal-Derived Foods

MA Zhenwei， PAN Guodong， CHEN Xia， LI Yuan， YANG Lan （Hebei Food Qualityand Safety Technology Monitoring Center， Shijiazhuang O5oo91， China）

Abstract： The problem of drug residues caused by the wide use of norfloxacin in livestock，poultry and aquaculture is becoming increasingly serious，which puts forward higher requirements for detection technology. Quantum dot technology has become a key means to construct new detection systems due to its excellent fluorescence properties，good interface modifcation ability and structural controllability.This paper systematically reviews the quantum dot detection methods based on immune recognition， aptamer recognition and molecular imprinting mechanisms，compares their differences in construction methods，types of adapted samples and detection performance，and analyzes their applicability in rapid screening ofcomplex matrices，aiming to provide atheoretical basis and technical reference for the rapid detection of small molecule drug residues in animal-derived foods.

Keywords： quantum dot; norfloxacin; animal-derived food

諾氟沙星作為一種氟喹諾酮類抗菌藥物，因其抗菌譜廣、成本低、代謝穩(wěn)定等特點，被廣泛應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖與水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域。然而，其在動物源性食品中的殘留問題日益突出，長期攝入可能對人體肝腎功能、免疫系統(tǒng)及微生物耐藥性產(chǎn)生不良影響，已成為食品安全監(jiān)管的重點控制項目?，F(xiàn)有檢測方法如高效液相色譜、氣質(zhì)聯(lián)用等雖具有良好靈敏度，但檢測流程復(fù)雜、設(shè)備依賴性強、現(xiàn)場適應(yīng)性差，難以滿足基層快檢與大規(guī)模篩查的需求[1]。

在此背景下，基于納米材料的熒光檢測技術(shù)獲得廣泛關(guān)注。量子點因具備尺寸可控、發(fā)光性能優(yōu)異、表面功能化程度高等優(yōu)勢，在構(gòu)建高靈敏度、可現(xiàn)場化的藥物殘留檢測體系中展現(xiàn)出巨大潛力。通過調(diào)控其結(jié)構(gòu)與表面性質(zhì)，可實現(xiàn)與多種識別結(jié)構(gòu)的協(xié)同集成，從而完成對目標分子的高效識別與熒光響應(yīng)。本文圍繞量子點在動物源性食品諾氟沙星快速檢測中的實際應(yīng)用展開，系統(tǒng)梳理其識別機制構(gòu)建路徑與工程化發(fā)展現(xiàn)狀，為后續(xù)技術(shù)優(yōu)化與推廣提供參考依據(jù)。

1量子點技術(shù)的原理

量子點（QuantumDots，QDs）是一類由半導(dǎo)體材料構(gòu)成的納米晶體，尺寸通常在 2～10nm 。其核心物理特性來源于量子限域效應(yīng)，當其尺寸縮小至激子玻爾半徑以下時，電子和空穴的運動受限，能帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散能級，從而賦予其獨特的光學(xué)性能。具體表現(xiàn)為激發(fā)光譜寬、發(fā)射光譜窄、波長隨粒徑可調(diào)、熒光強度高且穩(wěn)定性強，適合構(gòu)建高信噪比的熒光檢測體系。在結(jié)構(gòu)上，量子點通常由發(fā)光核心、無機殼層與有機配體構(gòu)成[2。核心決定其發(fā)光特性，殼層起到鈍化表面缺陷、提升量子產(chǎn)率與光學(xué)穩(wěn)定性的作用，而表面配體則用于調(diào)節(jié)溶解性、改善分散性，并為后續(xù)功能化提供反應(yīng)位點。通過對粒徑、材料類型及表面修飾的精確控制，可實現(xiàn)對其發(fā)光波長、強度與穩(wěn)定性的全面調(diào)節(jié)。此外，量子點表面具備良好的官能團兼容性，能夠穩(wěn)定負載多種功能結(jié)構(gòu)，在復(fù)雜基質(zhì)中仍能保持光學(xué)活性。這一特性使其成為構(gòu)建熒光響應(yīng)系統(tǒng)的關(guān)鍵材料，為實現(xiàn)高選擇性識別與熒光信號轉(zhuǎn)化提供了物理與化學(xué)基礎(chǔ)。該類材料的界面可調(diào)性和光電性能，已成為發(fā)展新型快速檢測技術(shù)的支撐。

2量子點技術(shù)在動物源性食品諾氟沙星快速檢測中的應(yīng)用進展

2.1基于免疫識別的量子點檢測方法

在諾氟沙星殘留的快速檢測中，基于免疫識別的量子點檢測方法被廣泛應(yīng)用于禽肉、水產(chǎn)、乳制品等動物源性樣品的現(xiàn)場篩查。該方法利用抗體與目標分子的高親和特性，將量子點作為熒光信號載體，通過化學(xué)偶聯(lián)方式與抗諾氟沙星抗體結(jié)合，構(gòu)建可響應(yīng)殘留信號的檢測探針。操作中，樣品經(jīng)簡單預(yù)處理后與量子點抗體復(fù)合物接觸，若其中存在諾氟沙星，其分子將與抗體發(fā)生特異結(jié)合，調(diào)節(jié)探針結(jié)構(gòu)與熒光輸出，最終表現(xiàn)為熒光信號的增強或抑制[3]。該檢測方法具備良好的靈敏度與實用性，尤其適用于批量初篩場景。例如，在禽肉樣本中，通過建立競爭性檢測機制，可在 10min 內(nèi)完成對諾氟沙星殘留水平的定性判斷；在液態(tài)奶樣本中，結(jié)合免疫膜結(jié)構(gòu)對復(fù)雜背景進行濾除，可穩(wěn)定實現(xiàn)ngmL-1量級的檢出限。近年來，有研究團隊將該方法與微流控芯片技術(shù)集成，開發(fā)出用于批量樣本同步檢測的一體化平臺[4。該平臺將多個量子點抗體反應(yīng)區(qū)布設(shè)于同一芯片中，實現(xiàn)對禽肉、水產(chǎn)品、乳制品等多種類型樣品的同時檢測，并通過數(shù)碼終端直接輸出結(jié)果圖像，大幅提升檢測效率。在食品加工企業(yè)、市場監(jiān)管單位與養(yǎng)殖環(huán)節(jié)，該類量子點檢測技術(shù)應(yīng)用價值較高。

2.2基于適配體識別的量子點檢測方法

基于適配體識別的量子點檢測方法在動物源性食品諾氟沙星殘留的快速檢測中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，尤其適用于復(fù)雜基質(zhì)、變溫場景下的樣品篩查。適配體是一類由體外篩選獲得的單鏈DNA或RNA分子，具備對諾氟沙星的高親和力和高特異性。在具體應(yīng)用中，研究人員常采用巰基或氨基修飾的適配體，將其固定于量子點表面，構(gòu)建識別與信號一體化的檢測結(jié)構(gòu)[5]。該方法無須使用抗體，避免了蛋白分子易變性與生物活性易受環(huán)境干擾等問題，特別適合高鹽、高油脂或高蛋白質(zhì)含量的樣品類型。在禽肉或水產(chǎn)樣品檢測中，適配體與諾氟沙星結(jié)合后會發(fā)生構(gòu)象變化，進而影響量子點表面的電子環(huán)境，引起熒光強度的變化。常見的信號輸出機制包括熒光共振能量轉(zhuǎn)移、熒光猝滅或熒光恢復(fù)等模式。例如，在實際操作中，將含有諾氟沙星的提取液與適配體-量子點復(fù)合體系反應(yīng)，檢測體系可在 15min 內(nèi)完成熒光響應(yīng)，檢測信號與殘留濃度呈良好線性關(guān)系，靈敏度在 0.5～1.0ng?mL^-1 級別[。與傳統(tǒng)免疫識別方法相比，基于適配體的量子點檢測在樣品預(yù)處理方面更為簡便，可實現(xiàn)直接檢測或通過簡單離心、稀釋等操作完成反應(yīng)體系的建立。部分研究已將該技術(shù)應(yīng)用于乳制品的藥物殘留監(jiān)測，利用磁性微球富集配合量子點熒光讀數(shù)，在減小干擾物影響的同時提升檢測靈敏度，適合企業(yè)端批量質(zhì)控與市場流通環(huán)節(jié)的現(xiàn)場快檢[]。同時，該方法在平臺集成與自動化方向亦展現(xiàn)潛力。已有技術(shù)將適配體－量子點復(fù)合體嵌入納米孔陣列、試紙條和手持熒光模塊中，開發(fā)出便攜式快速檢測工具包，實現(xiàn)無專業(yè)背景人員在養(yǎng)殖基地或農(nóng)貿(mào)市場的自助操作。適配體序列還可通過計算篩選與結(jié)構(gòu)優(yōu)化，進一步提升識別專一性與多重檢測能力。

2.3基于分子印跡機制的量子點檢測方法

基于分子印跡機制的量子點檢測方法以其穩(wěn)定性強、構(gòu)建成本低、識別結(jié)構(gòu)可控等優(yōu)勢，成為動物源性食品中諾氟沙星殘留快速檢測的重要補充技術(shù)路徑。該方法不依賴蛋白抗體或核酸適配體，而是利用合成聚合物對目標分子的空間形態(tài)和官能團構(gòu)建“記憶”，通過物理模板作用形成特異識別位點，實現(xiàn)對目標分子的選擇性識別與信號響應(yīng)[8]。實際應(yīng)用中，研究人員通常以諾氟沙星為模板，將其與功能單體如甲基丙烯酸或丙烯酰胺在引發(fā)劑作用下聚合，得到具備形狀與官能團配對能力的印跡聚合層，該聚合層在包覆于量子點表面后形成復(fù)合結(jié)構(gòu)[。經(jīng)洗脫去除模板后，所暴露的印跡位點可選擇性識別再加入的諾氟沙星分子，并通過量子點熒光的猝滅或恢復(fù)，轉(zhuǎn)化為可檢測的信號。該方法特別適用于動物肝臟、魚蝦組織和深加工肉制品等高脂肪、高蛋白質(zhì)復(fù)雜基質(zhì)樣品[1]。在這些樣品中，由于成分復(fù)雜，傳統(tǒng)的生物識別探針易受干擾，而分子印跡結(jié)構(gòu)則具有良好的抗污染能力與化學(xué)穩(wěn)定性，可穩(wěn)定運行于變溫、高鹽及酸堿環(huán)境中。研究表明，通過引入磁性分離材料輔助富集，分子印跡量子點體系可將檢測流程壓縮至 30min 以內(nèi)，最低檢出限可控制在 0.3ng^.mL^-1 以下，滿足食品殘留監(jiān)控對靈敏度和效率的雙重需求[]。分子印跡識別層還具備優(yōu)良的可再生性與存儲穩(wěn)定性，不受運輸條件限制，適合制備為常溫下長期保存的即用型試劑盒。當前已有實驗平臺將該方法應(yīng)用于便攜檢測終端，將量子點印跡材料壓制成反應(yīng)試紙或片狀芯片，配合手持熒光檢測儀使用，實現(xiàn)無專業(yè)背景人員的操作，適用于養(yǎng)殖環(huán)節(jié)、食品加工企業(yè)及基層監(jiān)管部門的快速篩查任務(wù)。

3未來發(fā)展方向

量子點技術(shù)在動物源性食品藥物殘留檢測中的應(yīng)用仍處于快速演進階段，未來的發(fā)展有賴于多維度協(xié)同推進。 ① 多學(xué)科融合趨勢愈加顯著。納米材料科學(xué)、生物識別化學(xué)、食品毒理學(xué)與智能制造等領(lǐng)域的深度交叉，將推動傳感器從單一信號響應(yīng)向集成分析平臺邁進，促進檢測模塊在實際樣品復(fù)雜環(huán)境中的穩(wěn)定運行。 ② 綠色化趨勢亟待強化。傳統(tǒng)量子點存在潛在重金屬毒性問題，未來需向碳點、無鉛量子點等環(huán)保替代材料轉(zhuǎn)化，構(gòu)建無污染、可降解的安全檢測體系。 ③ 監(jiān)管與產(chǎn)業(yè)對接機制仍待完善。需推動量子點傳感器在食品監(jiān)管體系中的標準化應(yīng)用路徑，建立從研發(fā)、生產(chǎn)到檢測終端的閉環(huán)體系，提升技術(shù)成果的工程可轉(zhuǎn)化性與政策適配性，為動物源性食品安全檢測提供長期可持續(xù)的技術(shù)支持。

4結(jié)語

量子點技術(shù)憑借高靈敏、快響應(yīng)與結(jié)構(gòu)可調(diào)等優(yōu)勢，在動物源性食品諾氟沙星殘留檢測中展現(xiàn)出良好應(yīng)用前景。隨著材料創(chuàng)新與識別機制不斷優(yōu)化，該類傳感技術(shù)有望在實際食品安全監(jiān)管中實現(xiàn)標準化應(yīng)用，助力風險防控體系建設(shè)。

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