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镉是一种常见的有毒重金属污染物,能够随着食物链蓄积,对食品安全及消费者的健康有不利影响。镉含量超标的食物可以通过饮食被人体摄入,在人体内积累的镉对人体健康存在着长期的威胁。近年来,海产品尤其贝类中的重金属含量超标问题日益受到人们关注。贝类对重金属具有强耐受性和高积累性,水中或沉淀物中的镉易被贝类吸收累积从而导致含量超标。因此,要在生产、加工、包装、运输各个环节中,对贝类产品中镉的含量进行检测和控制。目前实验室使用的镉分析检测方法需要用到昂贵的仪器,检测人员需要掌握一定的专业技能,检测所需的前处理程序较为繁琐且耗时。因此,在检测条件相对受限的基层检测工作中,更加地需要简便、经济的镉检测技术来增加镉检测方法的选择性。本研究以核酸适配体为分子识别工具,结合食源性荧光碳纳米粒子和长余辉纳米棒构建了一系列功能核酸探针,并探究了这些探针用于食品样本中镉离子的检测。具体内容如下:首先,通过研究证实烘烤和水煮处理的红薯中均能生产荧光碳纳米粒子。相对于化学合成的制备方法,提取从食物热加工过程中产生的食源性荧光碳纳米粒子操作简便、具有经济性且对环境友好。其中250 ℃烤制20,40和60分钟后的红薯皮中纳米粒子平均粒径分别约为7.0、2.8、2.4 nm,烤制60分钟的红薯肉中的荧光碳纳米粒子的平均粒径大小约为2.1 nm,100 ℃水煮60分钟的红薯皮和红薯肉中的荧光碳纳米粒子平均粒径大小分别约为6.0和1.7 nm。X射线衍射技术（X-ray Diffraction,XRD）分析证实红薯荧光碳纳米粒子呈无定形态。傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared,FT-IR）分析表明荧光碳纳米粒子表面含有丰富的官能团,X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS）证明纳米粒子含有不同化学状态的C、N和O三种元素,烤制60分钟红薯皮中纳米粒子荧光量子产率2.3%,具有较好p H荧光稳定性,为后续荧光探针构建提供基础。其次,通过水热合成方法在200、220、240 ℃制备得到了Zn2Ge O4:Mn长余辉纳米棒。在分析检测中,长余辉信号不易受样品基质荧光的干扰,对于复杂样品分析领域有着较好应用前景。随着合成温度从200 ℃升高到240 ℃,纳米棒的平均长度从约45 nm增加到约80 nm,平均宽度从约17 nm增加到约28 nm,呈现明显晶格条纹。200 ℃时,随反应时间增加（2,4,6,8 h）,纳米棒的平均长度从约45 nm增加到约65 nm,平均宽度从约17 nm逐渐增加到约25 nm。X射线电子能谱证实了纳米棒含有不同化学状态的Zn、Ge、Mn、O等元素。254 nm紫外灯照射下,Zn2Ge O4:Mn纳米棒在540 nm处发出明亮的绿光,磷光寿命介于16.32～17.33 ms之间,所制备的Zn2Ge O4:Mn纳米棒具有余辉的特性,为构建长余辉纳米探针提供了研究基础。第三,研究了由烤红薯皮中提取的荧光碳纳米粒子作为能量供体在荧光共振能量转移中的应用。将荧光碳纳米粒子与多巴胺反应进而同适配体偶联,构建有识别能力的荧光探针,作为能量供体。以磁性氧化石墨烯作为荧光能量受体,构建了荧光共振能量转移体系（Fluorescence Resonance Energy Transfer,FRET）。没有镉离子存在时,荧光探针吸附到磁性氧化石墨烯表面,通过FRET淬灭荧光碳纳米粒子的荧光;而当镉离子存在时,适配体因与镉离子有更强的亲和力能够优先与镉离子结合进而脱离磁性氧化石墨烯表面,抑制FRET。通过测定荧光强度变化可以实现对食品样本中的镉离子浓度进行检测。该体系对镉离子的检测限为0.1 ng·m L-1,在1～55 ng·m L-1的范围内,镉离子与荧光信号强度变化呈良好的线性关系。该荧光共振能量转移体系可以用于实际样品中镉离子的检测。第四,针对荧光适配体传感器易受样品基质荧光干扰的问题,研究了以长余辉纳米棒作为磷光能量供体在磷光共振能量转移（Phosphorescence Resonance Energy Transfer,PRET）中的应用。其中长余辉材料的应用能够有效消除检测中样品基质荧光干扰。分别将镉适配体与磁性纳米颗粒连接组成磁性识别探针,同淬灭基团修饰的互补链杂交得到复合物,以长余辉纳米棒作为信号元件。其中长余辉纳米棒作为磷光能量供体,淬灭基团作为能量受体,构建了PRET体系。在镉离子存在时,通过磁分离除去镉适配体和与其结合的镉离子,释放淬灭基团修饰互补链通过PRET淬灭信号元件的磷光,实现了“开-关”型镉离子检测的磷光淬灭型传感器的建立。最低检出限为0.04 ng·m L-1,为基于长余辉时间分辨发光的镉离子检测模式打下基础。第五,在上一方法的基础上,进一步探索了以长余辉纳米棒作为能量供体的模式,建立PRET的信号增强型检测方法。相对于“开-关”型磷光淬灭传感器,“关-开”型磷光信号增强传感器能够减少光漂白和敏感检测环境对检测结果的假阳性干扰。以长余辉纳米棒连接适配体作为能量供体和识别探针,黑洞淬灭剂（Black Hole Quenchant 1,BHQ1）作为能量受体连接互补链。通过碱基互补配对,适配体和互补链相连构建PRET体系淬灭磷光。镉离子同镉适配体优先结合,破坏PRET,恢复磷光。在实验条件优化后,磷光恢复程度与镉离子浓度在0.5～50 ng·m L-1的范围内呈良好的线性关系,最低检出限为0.35 ng·m L-1。结果表明,该方法具有特异性良好,灵敏度高的性能,适用于食品样本中镉离子的检测。本论文通过使用食品烹饪过程中产生的食源性荧光碳纳米粒子及具有长余辉效应的磷光纳米棒作为光致发光检测元件,与核酸适配体技术结合,构建了一系列相对简单、灵敏、易用的贝类中重金属镉的检测方法。为拓展核酸适配体技术的应用,完善食品安全检测体系提供了技术支持。