基于荧光内滤效应的免疫层析方法检测真菌毒素的研究

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免疫层析方法具有操作简便、快速、抗基质干扰能力强等优点,是现场快速筛查最常用的方法之一。针对真菌毒素等小分子待检物的分析,免疫层析通常采用竞争反应模式,此时检测信号强度与待检物含量成反比关系;定性或半定量分析通常以检测线(T线)上“信号消失(turn off)”作为判读标准,当待检物数量较多时才能使标记探针上的抗体处于饱和而不被T线上的人工抗原捕获,因此基于“turn off”模式的免疫层析方法灵敏度不高。构建基于“信号打开(turn on)”模式的荧光免疫层析方法,其荧光检测信号随着小分子待检物浓度增大从无到有,可显著提高检测灵敏度。在之前的相关报道中,研究者大多认为试纸条上的荧光猝灭是基于金纳米粒子与荧光物质之间的荧光共振能量转移(fluorescence resonance energy transfer,FRET)效应。本文考虑到发生FRET的距离条件,首次提出基于贵金属纳米粒子对荧光物质特定激发光或发射光强烈吸收的内滤效应(inner–filter effect,IFE)是试纸条上发生荧光“猝灭”现象的主要因素,并依此原理构建了基于金、银纳米粒子IFE的免疫层析方法检测食品中真菌毒素。首先,利用银纳米粒子(silver nanoparticles,AgNPs)表面等离子共振(surface plasmon resonance,SPR)吸收峰与邻菲罗啉钌[Ru(phen)32+]荧光微球激发光谱高度重叠的特性,构建了基于AgNPs吸收Ru(phen)32+荧光微球激发光的IFE免疫层析试纸条,用于检测葡萄酒和葡萄汁中赭曲霉毒素A(ochratoxin A,OTA)。OTA是葡萄酒和葡萄汁中最常污染的一种真菌毒素,由于葡萄酒或葡萄汁中酒精、糖分、色素和丹宁类物质对免疫层析试纸条检测干扰较大,亟需开发一种灵敏度高(样品可以多倍稀释)、不受颜色干扰的检测方法。本文选择具有大斯托克位移的Ru(phen)32+荧光微球作为试纸条T线和对照线的背景荧光物质,其最大激发和发射波长分别为450nm和590nm。合成SPR吸收峰450nm的AgNPs,标记OTA单抗作为荧光微球激发光的内滤探针。当样液中不存在OTA分子时,AgNP内滤探针与T线上固定的OTA人工抗原结合,试纸条T线无荧光;当样液中存在OTA分子,游离的OTA与T线上OTA人工抗原竞争结合AgNP内滤探针,T线上AgNP内滤探针数量减少,荧光信号打开,且信号强度与样液中OTA浓度成正比。在最优条件下,该方法检测葡萄汁和葡萄酒中OTA的灵敏度分别为0.16μg/L和0.31μg/L,加标回收率介于88%至110%之间,变异系数均小于10%。其次,利用花状金纳米粒子(flower–like gold nanoparticles,AuNFs)SPR吸收峰与量子点(quantum dots,QDs)发射光谱高度重叠的特性,构建了基于AuNFs吸收QDs荧光的IFE免疫层析试纸条,用于检测生抽酱油中的黄曲霉毒素B1(aflatoxin B1,AFB1)。生抽酱油是亚洲国家常见的佐餐调料,其原材料大豆和小麦在适宜的环境下易受AFB1污染。由于酱油中的色素、盐、氨基酸等成分含量较高,需要进行繁琐的样本前处理才能达到检测的要求。基于荧光IFE的免疫层析试纸条因具有较高的检测灵敏度,可通过将酱油样本进行多倍稀释以减小基质干扰,从而满足酱油中痕量AFB1的检测。本文选择发射波长628nm的CdSe/ZnS核壳QDs作为荧光供体,合成SPR吸收峰624nm的AuNFs作为荧光吸收剂,建立了基于IFE的AuNFs吸收QDs发射光的免疫层析方法。该方法定量检测磷酸缓冲液(phosphate buffer,PB)中AFB1的线性范围为8ng/L至1μg/L,最低检测限为4ng/L。生抽酱油经0.01mol/L PB(含10mM NaOH)稀释10倍后直接检测,加标回收率介于84.69%120.44%之间,变异系数介于2.73%10.41%之间,该方法检测生抽酱油中AFB1的最低检测限达到60ng/L。进一步将该方法与超高效液相色谱–荧光检测(UPLC–FLD)方法进行对比,两种方法对生抽酱油中AFB1加标样本的检测结果一致。最后,探索了基于IFE的多重免疫层析定量检测方法。以AuNFs作为QDs发射光的吸收剂,通过设置生物素和链霉亲和素的独立C线系统,以T/C比值定量检测AFB1、OTA和玉米赤霉烯酮(zearalenone,ZEN)等三种真菌毒素。建立的基于IFE的多重定量免疫层析方法对AFB1、OTA和ZEN的检测限分别达到了0.005μg/L、0.04μg/L和0.4μg/L。玉米样本经5倍质量体积的甲醇–水溶液(60:40,v/v)提取,再经12倍稀释后直接进行检测。同时定量检测玉米提取液中AFB1的线性范围为0.010.625μg/L,OTA的线性范围为0.082.5μg/L,ZEN的线性范围为0.825μg/L,玉米样本中三种真菌毒素的加标回收率为72.92%105.80%,变异系数均小于15.43%。
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