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納米金比色法在食品安全檢測中的應(yīng)用研究進(jìn)展

文檔作者：白文薈, 劉金釧, 陳愛亮文檔來源：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2025年06月30日
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第5 卷 第7 期 食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報 Vol. 5 No. 7
2014 年7 月 Journal of Food Safety and Quality Jul. , 2014
基金項(xiàng)目: 國家國際科技合作專項(xiàng)(2012DFA31140)
Fund: Supported by International Science &amp;amp; Technology Cooperation Program of China (2012DFA31140)
*通訊作者: 陳愛亮, 副研究員, 主要研究方向?yàn)槭称钒踩珯z測。E-mail: ailiang.chen@gmail.com
*Corresponding author: CHEN Ai-Liang, Associate Professor, Institute of Quality Standard &amp;amp; Testing Technology for Agro-Products, Chinese
Academy of Agricultural Sciences, No.12, Zhongguancun South Street, Beijing 100081, China. E-mail: ailiang.chen@gmail.com
納米金比色法在食品安全檢測中的應(yīng)用研究進(jìn)展
白文薈, 劉金釧, 陳愛亮*
(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所, 北京 100081)
摘要: 納米金粒子具有獨(dú)特的物理、化學(xué)特性及較好的生物相容性, 是目前現(xiàn)有的納米材料中應(yīng)用和研究最
多的材料之一, 其在諸多領(lǐng)域如生物傳感器、表面電化學(xué)分析、免疫分析、藥物傳遞以及治療等方面都具有廣
闊的應(yīng)用前景。納米金具有極高的消光系數(shù)和強(qiáng)烈的粒子間距效應(yīng), 其在分散狀態(tài)下呈紅色, 變?yōu)榻宦?lián)團(tuán)聚狀
態(tài)后呈藍(lán)色, 依據(jù)該特性建立了各種各樣的納米金比色快速檢測方法。由于納米金比色法具有操作簡便、成本
低廉、結(jié)果肉眼可見且靈敏度較高等優(yōu)點(diǎn), 近年來在分析化學(xué)尤其是快速檢測領(lǐng)域發(fā)展迅速, 許多影響食品安
全的有害物質(zhì)可通過直接或間接作用影響納米金的聚合狀態(tài), 從而使納米金比色法在食品安全檢測中的應(yīng)用
成為可能。本文綜述了納米金比色法的原理及其在食品安全各類污染物中的檢測應(yīng)用, 并總結(jié)了該方法面臨的
問題, 提出了將來的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞: 納米金; 比色法; 快速檢測; 食品安全
Gold nanoparticle based colorimetry and its application in rapid detection
for food safety
BAI Wen-Hui, LIU Jin-Chuan, CHEN Ai-Liang*
(Institute of Quality Standards and Testing Technology for Agro-products, Chinese Academy of Agricultural Sciences,
Beijing 100081, China)
ABSTRACT: Gold nanoparticle has particular physical and chemical properties as well as good biocompatibility,
which has become one of the most applied and studied nanomaterials. It has been widely used in many
fields such as electrochemical biosensor, surface chemical analysis, immunoassay, drug delivery, and therapy,
etc. Gold nanoparticle has strong size-dependent surface plasmon resonance absorption and can take a color
change from red to blue when the dispersed nanoparticles are aggregated. Various biosensing approaches have
been designed based on the target which could induce gold nanoparticle solution color changes. Recently gold
nanoparticles based colorimetric detection methods developed rapidly especially in rapid detection field with
simple operation, low cost, visual results and high sensitivity. Many food chemical contaminants can interact
with gold nanoparticles directly or indirectly resulting a color change of gold nanoparticle solution, which
make it possible for colorimetric methods based on gold nanoparticles to apply in food safety detection. The
recent developments of gold nanoparticle based colorimetric biosensing assays for food safety have been reviewed
and the direction for future research were discussed and proposed.
KEY WORDS: gold nanoparticles; colorimetry; rapid detection; food safety
1944 食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報 第5 卷
1 納米金比色法原理
相比于熒光、發(fā)光、電化學(xué)等檢測方法, 比色法具有
結(jié)果肉眼可見、無需復(fù)雜儀器測量、非常適合于現(xiàn)場測定
和實(shí)時測定的優(yōu)點(diǎn), 因此一直是分析化學(xué)領(lǐng)域里的熱點(diǎn)研
究方向。納米金作為生物分析化學(xué)中應(yīng)用最為廣泛的標(biāo)記
納米材料, 具有極高的消光系數(shù)(比普通有機(jī)染料高3 個數(shù)
量級)和強(qiáng)烈的粒子間距效應(yīng), 其在分散狀態(tài)或粒徑較小
時(10～50 nm)呈紅色, 在520 nm 左右呈現(xiàn)特征的光吸收,
發(fā)生團(tuán)聚或粒徑變大后逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樽仙蛩{(lán)色, 吸收峰右
移, 520 nm 光吸收降低而600～700 nm 的光吸收增強(qiáng)(圖1)。
反之納米金從團(tuán)聚狀態(tài)或粒徑較大變?yōu)榉稚顟B(tài)或粒徑較
小時也可以由紫色/藍(lán)色變?yōu)榧t色, 吸收峰左移[1-2]。通過肉
眼觀測或測量吸收光譜的變化可以對納米金變色程度進(jìn)行
測定, 利用這一性質(zhì)建立的納米金比色法的靈敏度可以達(dá)
到熒光法的靈敏度[2-3]。目前納米金比色法的原理主要有兩
種(圖1): 第一種是去保護(hù)法, 即先用適配體或其他修飾分
子保護(hù)納米金, 使其在高鹽濃度下保持分散狀態(tài), 溶液呈
紅色, 當(dāng)加入待檢靶標(biāo)時, 靶標(biāo)與保護(hù)分子結(jié)合, 失去保
護(hù)的納米金溶液在高鹽濃度下團(tuán)聚變藍(lán); 第二種是交聯(lián)法,
即選擇或設(shè)計合成能同時與靶標(biāo)兩個及兩個以上位點(diǎn)特異
結(jié)合的修飾分子修飾納米金, 當(dāng)加入靶標(biāo)時, 不同納米金
上的修飾分子通過與靶標(biāo)發(fā)生反應(yīng)而把納米金交聯(lián)到一起,
使溶液顏色變藍(lán)。當(dāng)然除了上述兩種常見的比色原理之外,
還可以通過靶標(biāo)控制納米金還原合成[4-5](顏色從無到紅)或
納米金消蝕[6-8](顏色由紅變淡)等方法來實(shí)現(xiàn)納米金比色檢
測。納米金比色法操作簡單, 反應(yīng)速度快, 近十年來圍繞納
米金開發(fā)了各種各樣的比色檢測方法, 被廣泛用于分析細(xì)
胞[9-10]、蛋白質(zhì)[11-12]、DNA[13-14]、金屬離子[15-17]、小分子
[18-19]等。本文綜述了該方法在抗生素、農(nóng)藥、違禁添加物、
生物毒素、重金屬以及其他污染物等食品安全檢測中的應(yīng)
用研究進(jìn)展。
2 納米金比色法在食品安全檢測中的應(yīng)用
2.1 抗生素殘留
適配體作為一種單鏈DNA 分子, 可以吸附在納米金
表面, 保護(hù)納米金免于高鹽引起的納米金團(tuán)聚[14]。當(dāng)加入
對應(yīng)的靶標(biāo)時, 適配體與靶標(biāo)結(jié)合, 從納米金上解離, 失
去保護(hù)的納米金在高鹽濃度下發(fā)生團(tuán)聚, 溶液顏色由紅
變?yōu)樽仙蛩{(lán)色, 而且顏色的變化與加入靶標(biāo)的濃度成
正比, 可用于很多種物質(zhì)的檢測。目前已經(jīng)篩選了多種抗
生素的適配體, 利用這一方法相繼建立了磺胺二甲氧嘧
啶[20]、青霉素[21]、卡那霉素[22]、氧四環(huán)素[23]、鏈霉素[24]、
氯霉素等抗生素的檢測方法。本課題組建立的磺胺二甲氧
嘧啶檢測靈敏度可以達(dá)到50 ng/mL, 低于國家規(guī)定最低
殘留限量[20]。Song 等[21]建立的基于青霉素適配體的納米
金比色法檢測牛奶中的青霉素最低檢測限可以達(dá)到10
ng/mL。Zhou 等[24]篩選了鏈霉素適配體并建立了相應(yīng)的
納米金比色法, 檢測實(shí)際樣品蜂蜜中的鏈霉素, 線性范
圍達(dá)到0.2～1.2 μmol/L。
Sun 等[25]利用巰基乙酸修飾納米金表面, 由于巰基乙
酸與鏈霉素之間較強(qiáng)的靜電作用, 一個鏈霉素分子可以
與兩個納米金顆粒上的不同巰基乙酸分子結(jié)合, 因此向
巰基乙酸修飾的納米金溶液中加入鏈霉素時, 鏈霉素可
以誘導(dǎo)納米金交聯(lián)發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象, 溶液的顏色由紅變藍(lán),
根據(jù)顏色變化程度或吸收光譜的變化達(dá)到定量測定鏈霉
素的目的。
2.2 農(nóng)藥殘留
乙酰膽堿酯酶可以催化硫代乙酰膽堿(acetyl thiocholine)
生成硫代膽堿(thiocholine), 硫代膽堿則可以通過巰基
共價與納米金結(jié)合, 引起納米金顆粒交聯(lián)團(tuán)聚, 使納米金
圖1 兩種主要納米金比色法原理及其吸收光譜變化示意圖
Fig. 1 The illustration of principle of gold nanoparticles based colorimetric methods (A) and absorption spectrum diagram change (B)
第7 期 白文薈, 等: 納米金比色法在食品安全檢測中的應(yīng)用研究進(jìn)展 1945
溶液顏色由紅變藍(lán)。當(dāng)加入有機(jī)磷農(nóng)藥時, 由于其可以抑
制乙酰膽堿酯酶的活性, 從而抑制納米金溶液顏色的變化,
根據(jù)抑制的程度即可以測定樣品中的有機(jī)磷農(nóng)藥含量。通
過優(yōu)化測試條件, 納米金522 nm 的吸光度值與甲胺磷在
0.02～1.42 μg/mL 范圍內(nèi)成線性關(guān)系, 檢測靈敏度達(dá)到1.40
ng/mL, 并且該方法被成功用于蔬菜中甲胺磷的檢測[26]。
二硫代氨基甲酸酯殺蟲劑由于巰基的存在可以直接
和納米金發(fā)生共價反應(yīng)引起納米金顆粒交聯(lián), 根據(jù)納米金
溶液變色程度可以直接測定樣品中二硫代氨基甲酸酯殺蟲
劑的含量。結(jié)合樣品凈化預(yù)濃縮步驟, 檢測靈敏度達(dá)到
μg/L 水平, 回收率在81.0%～94.0% 之間, 精確度在
5.6%～8.9%之間, 重復(fù)性約為9%[27]。納米銀和納米金具有
相似的性質(zhì), 只是特征吸收光譜不同, Li 等[28]利用納米銀
取代納米金, 利用上述原理建立了有機(jī)磷農(nóng)藥敵百蟲的檢
測方法, 靈敏度可以達(dá)到0.18 ng/mL, 線性范圍為
0.25～37.5 ng/mL。Rastegarzadeh 等[4]利用福美雙可以抑制
抗壞血酸還原氯金酸生成納米金的原理建立了一種基于納
米金的福美雙檢測方法, 體系中福美雙越多, 生成的納米
金越少顏色越淺。該方法檢測福美雙線性范圍為
2.0×10-7～1.0×10-5 mol/L, 靈敏度為1.7×10-7 mol/L。
2.3 違禁添加物
近年來, 三聚氰胺和瘦肉精等違禁藥物成為了我國
畜禽產(chǎn)品的主要安全問題因素, 因此也迫切需要建立這兩
類物質(zhì)的簡單快速靈敏的檢測方法。目前已建立了數(shù)種基
于納米金比色的三聚氰胺檢測方法。 由于三聚氰胺具有三
個氨基基團(tuán), 可以與納米金表面的檸檬酸根離子結(jié)合, 從
而直接誘導(dǎo)納米金發(fā)生團(tuán)聚, 溶液顏色由紅變藍(lán)。因此通
過簡單的樣品提取, 利用納米金溶液直接測定牛奶樣品中
的三聚氰胺, 靈敏度可以達(dá)到0.05 mg/L[29], 且其他帶氨基
物質(zhì)如氨基酸、乳糖、半乳糖以及常見摻假物質(zhì)如葡萄糖、
尿素、福爾馬林、過氧化氫、蔗糖、硝酸鹽等均不會引起
納米金團(tuán)聚變藍(lán), 具有很好的特異性。向該體系中加入
NaHSO4 促進(jìn)檸檬酸與三聚氰胺的反應(yīng), 使檢測奶中的三
聚氰胺靈敏度達(dá)到25 ng/mL[30]。Chen 等[19]利用氫硼化物
還原法制備納米金, 然后加入三聚氰胺, 其外環(huán)的氨基可
以和納米金表面的氯金酸根離子高親和力結(jié)合, 誘導(dǎo)納米
金發(fā)生團(tuán)聚, 其靈敏度比用檸檬酸還原法制備的納米金靈
敏度高1000 倍, 檢測嬰幼兒配方奶粉中的三聚氰胺, 靈敏
度可以達(dá)到2.0×10-7 g/L[19]。除了利用上面未修飾的納米金
直接檢測三聚氰胺外, 還可以選擇能夠和三聚氰胺的外環(huán)
氨基發(fā)生特異反應(yīng)的其他分子修飾納米金, 以增加檢測的
特異性和靈敏度。例如Liang 等[31-32]用巰基乙胺修飾納米
金, 加入三聚氰胺時, 在酸性條件下納米金表面帶正電荷
的氨基與三聚氰胺發(fā)生靜電結(jié)合, 從而使納米金發(fā)生交聯(lián)
團(tuán)聚, 達(dá)到檢測三聚氰胺的目的。利用該方法檢測三聚氰
胺比直接用未修飾的檸檬酸保護(hù)的納米金的靈敏度高100
倍以上。檢測牛奶、雞蛋以及飼料中的三聚氰胺靈敏度可
以達(dá)到1 mg/L, 線性范圍為1～200 mg/L[32]。除了利用巰基
乙胺外, 還可以用巰基乙酸[33]、吡啶-3-硼酸[34]、3-巰基-1-
丙磺酸鈉鹽[35]等與三聚氰胺的氨基基團(tuán)間能夠發(fā)生靜電
或氫鍵結(jié)合的分子修飾納米金, 當(dāng)加入三聚氰胺時, 可以
引起納米金團(tuán)聚, 使溶液顏色由紅變藍(lán), 從而達(dá)到檢測三
聚氰胺的目的。
除了三聚氰胺, 利用同樣的原理也可以設(shè)計納米金
比色法用來檢測瘦肉精等β-激動劑類藥物。Zhou 等[36]用
三聚氰胺修飾納米金, 通過萊克多巴胺和沙丁胺醇與三聚
氰胺修飾的納米金氫鍵結(jié)合, 使納米金發(fā)生交聯(lián)團(tuán)聚, 顏
色由紅色變?yōu)樗{(lán)色。利用該方法, 通過測定A670 nm/A520 nm
吸光度比值, 檢測靈敏度可以達(dá)到1×10?11 mol/L, 而且具
有較寬的線性范圍, 其中檢測萊克多巴胺和沙丁胺醇的線
性范圍分別為1×10?10～5×10?7 mol/L 和 1×10?10～1×10?5
mol/L。同樣利用該方法也可以檢測克倫特羅[37], 通過測定
吸光度比值, 線性范圍可以達(dá)到2.8×10?10～2.8×10?7 mol/L,
檢測限為2.8×10?11 mol/L (S/N=3), 其他可能的共存干擾物
如 Tdl-epinephrine、苯基丙氨酸、色氨酸、阿拉明、尿酸
等都對該方法沒有影響[38]。除了目標(biāo)物交聯(lián)修飾的納米金
之外, He 等[5]發(fā)現(xiàn)β-激動劑苯環(huán)具有氨基或酚羥基, 因此
可以直接用來還原氯金酸生成金原子, 而金原子再進(jìn)一步
形成納米金, 導(dǎo)致在528 nm 處具有特征性的光吸收峰。
528 nm 的光吸收值與β-激動劑含量成正比, 因此也可以用
來檢測β-激動劑類藥物。
2.4 生物毒素
赭曲霉毒素A 是廣泛存在于谷物、豆類、干果、咖啡、
畜禽等產(chǎn)品中的一種霉菌毒素。Yang 等[18]利用赭曲霉毒素
A的單鏈DNA適配體保護(hù)納米金, 使其在高鹽濃度下保持
紅色, 當(dāng)加入赭曲霉毒素A 時, 適配體與赭曲霉毒素A 結(jié)
合, 失去保護(hù)的納米金發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象, 溶液由紅色變?yōu)樗{(lán)
色。利用該方法可以低至20 nmol/L 的赭曲霉毒素A, 線性
范圍從 20～625 nmol/L。國內(nèi)江南大學(xué)王文鳳等[38]建立了
基于納米金-適配體技術(shù)檢測伏馬菌素B1 的新方法, 首先
在納米金表面組裝巰基化的適配體互補(bǔ)短鏈DNA1/FB1-適
配體復(fù)合物; 當(dāng)加入目標(biāo)物時, 適配體鏈與目標(biāo)物結(jié)合,
與互補(bǔ)短鏈DNA1 發(fā)生解離; 此時再加入納米金標(biāo)記的與
適配體互補(bǔ)短鏈1 互補(bǔ)的短鏈DNA2, 二者雜交可導(dǎo)致納
米金粒子的聚集而使溶液顏色發(fā)生變化, 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物
的可視化檢測。方法檢測線性范圍為125~1500 ng/L, 檢測
限為125 ng/L, 該方法已成功應(yīng)用于啤酒中FB1 的檢測。
欒云霞等[39]建立了基于非標(biāo)記的黃曲霉毒素B1(AFB1)特
異性結(jié)合適配體, 針對AFB1 的靈敏快速可視化檢測方法,
具有良好的靈敏度和特異性,線性范圍和檢測限分別是
0.025~10 ng/mL 和0.025 ng/mL。肉毒神經(jīng)毒素被認(rèn)為是目
前最毒的食源性毒素之一, 被列為生物反恐重要的生物毒
1946 食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報 第5 卷
素目標(biāo), 建立一種簡單快速靈敏準(zhǔn)確的檢測方法具有重要
的意義。除了單鏈DNA 可以保護(hù)納米金以外, 在納米金表
面修飾一層蛋白也可以保護(hù)納米金免于高鹽濃度下的納米
金團(tuán)聚[40]。Halliwell 等[41]將肉毒神經(jīng)毒素的底物突觸相關(guān)
蛋白25(synaptosomal-associated protein 25, SNAP-25)通過
其自帶半胱氨酸的與納米金通過共價鍵偶聯(lián), 使得納米金
在一定鹽濃度下保持分散狀態(tài), 然后向體系中加入肉毒毒
素A, 水解切掉納米金表面SNAP-25 的C 端肽段, 降低對
納米金的保護(hù), 在一定鹽濃度下納米金溶液從紅色變?yōu)樗{(lán)
色, 利用該方法可以檢測低至373 fg/mL 的肉毒神經(jīng)毒素。
Liu 等[42]則利用肉毒神經(jīng)毒素A 輕鏈可以特異水解底物突
觸相關(guān)蛋白25 的原理, 設(shè)計了一段含有肉毒神經(jīng)毒素A輕
鏈識別/酶切位點(diǎn)的多肽序列, 一端通過巰基偶聯(lián)到納米
金上, 另一端修飾生物素, 和親和素修飾的納米金進(jìn)行結(jié)
合, 從而使納米金團(tuán)聚; 或者將該多肽序列兩端同時修飾
上生物素, 加入到含親和素修飾的納米金中, 使納米金交
聯(lián)團(tuán)聚, 溶液成為藍(lán)色; 檢測時向其中加入肉毒神經(jīng)毒素
A 輕鏈, 多肽被水解, 交聯(lián)的納米金被打開成分散狀態(tài),
溶液的顏色從藍(lán)色變?yōu)榧t色, 從而達(dá)到檢測肉毒神經(jīng)毒素
A 的目的, 檢測限從0.1~5 nmol/L。
2.5 重金屬
利用納米金比色法已經(jīng)建立了多種重金屬的檢測方
法。其中僅針對汞就建立了多達(dá)40 多種方法, 這些檢測方
法主要包括兩大類: 一類是基于汞能夠同時和兩個胸腺嘧
啶T 發(fā)生特異性的強(qiáng)配位結(jié)合[43], 從而設(shè)計各種基于含T
的寡核苷酸探針的檢測方法: 設(shè)計含T 的寡核苷酸雙鏈分
別共價偶聯(lián)到不同的納米金上, 加入汞時不同納米金上的
含T 寡核苷酸探針通過與汞結(jié)合形成互補(bǔ)雜交的狀態(tài), 誘
導(dǎo)納米金交聯(lián)團(tuán)聚變藍(lán)[44-45]; 或設(shè)計末端為T 的互補(bǔ)雙鏈
共價結(jié)合到相同納米金上, 通過結(jié)合汞, 末端閉合, 誘導(dǎo)
納米金從分散狀態(tài)變?yōu)閳F(tuán)聚狀態(tài)[46]或從團(tuán)聚狀態(tài)變?yōu)榉?
散狀態(tài)[47]; 或直接通過靜電吸附到未修飾的納米金上, 加
入汞后含T 寡核苷酸探針從納米金上解離, 使失去保護(hù)的
納米金溶液變藍(lán)[48-54]。另外一類即是選取其他類似胸腺嘧
啶等能夠和汞進(jìn)行多結(jié)合的物質(zhì)修飾納米金, 當(dāng)加入汞離
子時, 汞離子通過同時和不同納米金上修飾分子結(jié)合引發(fā)
納米金交聯(lián), 使溶液顏色發(fā)生變化, 這些修飾物包括寡肽
[55]、L-半胱氨酸[56-57]、胸腺嘧啶[58]、巰基烷酸[59-60]、二硫
赤蘚糖醇[61]、多聚谷氨酸[62]; 或是汞離子和修飾分子反應(yīng)
后使其從納米金表面解離, 從而使納米金從分散狀態(tài)變?yōu)?
團(tuán)聚狀態(tài)或從團(tuán)聚狀態(tài)變?yōu)榉稚顟B(tài), 這些修飾物有季銨
基[63]、3-硝基-1,2,4-三氮唑[64]、4,4-聯(lián)吡啶或吡啶[65-66]、鉍
試劑[67]等。除了上面這兩類主要的檢測方法之外, 還有很
多大體原理相似的汞的檢測方法, 如2014 年, Sener 等[68]
建立了一種基于賴氨酸誘導(dǎo)的吸附有汞離子的納米金團(tuán)聚
的汞離子檢測方法, 靈敏度可以達(dá)到2.9 nmol/L。國內(nèi)詹深
山等[69]綜述了國內(nèi)外基于納米金和核酸適配體的重金屬
離子傳感器的研究進(jìn)展。更多基于納米金的汞離子檢測方
法可參考Du 等2013 年的綜述文章[70]。
除了汞之外, 利用納米金比色法還建立了其他元素
如鉛、鉻、鎘、砷等的檢測方法。Chai 等[71]采用可以和鉛
特異結(jié)合的谷胱甘肽修飾納米金, 加入鉛離子時, 一個鉛
離子同時結(jié)合兩個納米金上的兩個谷胱甘肽分子, 從而引
起納米金交聯(lián), 使納米金溶液的顏色由紅變藍(lán), 達(dá)到檢測
鉛離子的目的, 靈敏度可以達(dá)到100 nmol/L。基于同樣的
原理, Li 等[72]用Podand triazole 修飾納米金建立了檢測鉛
離子的檢測方法。Chen 等[16]基于納米金比色法設(shè)計了一種
非常靈敏的檢測方法, 其首先用14 nm 的納米金與硫代硫
酸鈉反應(yīng)生成Au(S2O3)2
3-, 然后加入鉛離子和2-巰基乙醇,
形成的鉛-金復(fù)合物加速了納米金的溶解和金-巰基乙醇復(fù)
合物的形成, 使得納米金的表面等離子共振迅速降低。該
體系檢測鉛離子靈敏度可以達(dá)到0.5 nmol/L, 比其他離子
至少要高1000 倍, 線性范圍達(dá)到4 個數(shù)量級 (2.5 nmol/L~
10 μmol/L)。目前鉻的污染也愈來愈嚴(yán)重, Zhao 等[73]合成
一種能夠和鉻螯合的特異分子BP-DTC 并將其修飾在納米
金上, 體系中有三價鉻的狀態(tài)下, 鉻可以和不同納米金上
的修飾分子BP-DTC 結(jié)合, 引發(fā)納米金交聯(lián), 使得納米金
顏色由紅變藍(lán), 達(dá)到檢測鉻的目的, 靈敏度達(dá)到31 ng/mL,
而且還可以用于四價鉻的檢測。Xu 等[74]利用酒石酸鹽修
飾的納米銀建立了類似地檢測三價鉻的方法。
Kalluri 等[75]分別利用谷胱甘肽、二硫蘇糖醇和半胱氨
酸三種能夠和砷特異結(jié)合的分子修飾納米金, 當(dāng)加入砷時,
位于不同納米金上的修飾分子同時與砷結(jié)合, 引起納米金
交聯(lián), 且交聯(lián)程度隨砷濃度增加而加深, 溶液顏色由紅變
藍(lán), 該方法可檢測低至0.1 ng/mL 的三價或四價砷。利用單
鏈DNA 能夠保護(hù)納米金免于高鹽引起的團(tuán)聚原理,
Liang[76]和Wu 等[77]建立了兩種分別基于砷特異性富含GT
序列寡核苷酸或適配體的納米金比色法, 靈敏度分別達(dá)到
2 ng/mL 和5 ng/mL。Xue 等[78]也利用巰基煙酸和半胱氨酸
修飾納米金用于鎘離子的檢測, 線性范圍為 2.0×
10?7～1.7×10?6mol/L, 靈敏度為1.0×10?7mol/L。
2.6 病原微生物
理論上檢測DNA 的納米金比色法都可以用來檢測病
原微生物。由于單雙鏈DNA 在納米金表面吸附狀態(tài)不同,
單鏈DNA 可以保護(hù)納米金免于在高鹽濃度時發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)
象, 因此利用不對稱PCR 擴(kuò)增病原微生物的特異核酸序列,
擴(kuò)增產(chǎn)生單鏈DNA 產(chǎn)物, 即可以實(shí)現(xiàn)利用納米金比色法
檢測的目的。如果是共價偶聯(lián)到納米金上, 則雙鏈可以保
護(hù)納米金免于在高鹽濃度時發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象, 而單鏈不能,
因此利用單雙鏈對納米金保護(hù)的不同建立了多種病原微生
物的檢測方法。如Deng 等[13]利用不對稱PCR 擴(kuò)增炭疽桿
菌基因組DNA, 產(chǎn)生的單鏈產(chǎn)物和偶聯(lián)到不同納米金上
第7 期 白文薈, 等: 納米金比色法在食品安全檢測中的應(yīng)用研究進(jìn)展 1947
兩段探針雜交, 從而引發(fā)納米金交聯(lián)團(tuán)聚, 溶液顏色變藍(lán)。
接著Deng 等[79]又利用不對稱PCR 擴(kuò)增的炭疽桿菌基因組
DNA, 生成的單鏈DNA 直接吸附到納米金上, 加入一定
濃度鹽時可以保護(hù)納米金不發(fā)生團(tuán)聚。Jung 等[80]利用其中
一條末端修飾巰基的引物進(jìn)行PCR 擴(kuò)增衣原體的基因組
DNA, 在衣原體存在的情況下, 擴(kuò)增的雙鏈產(chǎn)物通過巰基
偶聯(lián)結(jié)合納米金上保護(hù)納米金在高鹽濃度下處于分散狀態(tài),
而沒有擴(kuò)增產(chǎn)物的時候, 只是單鏈巰基引物結(jié)合到納米金
上, 在高鹽濃度下發(fā)生團(tuán)聚, 溶液變藍(lán)。基于同樣的比色原
理Fu 等[81]利用等溫擴(kuò)增PCR-納米金比色法方法建立了單
增李斯特菌的檢測方法, 最低可達(dá)75 個細(xì)菌拷貝。
除了利用PCR 擴(kuò)增微生物基因組檢測DNA 方法建立
納米金比色法之外, 還可以利用特異結(jié)合分子修飾納米金,
加入微生物細(xì)胞時, 納米金聚集微生物表面, 使納米金溶
液的顏色從紅色變?yōu)樗{(lán)色。常用的修飾分子有針對細(xì)胞表
面抗原的抗體或適配體, 該方法已經(jīng)被用來檢測癌細(xì)胞
[9-82]。Chang 等[83]利用該原理建立了檢測金葡菌的方法, 不
過為了增加靈敏度采用了測定光散射和磁珠放大的方法,
最終達(dá)到單細(xì)胞的測定。Wang 等[84]將針對沙門氏菌細(xì)胞
表面抗原的抗體偶聯(lián)到納米金上, 然后與細(xì)菌細(xì)胞一起孵
育, 隨著沙門氏菌細(xì)胞數(shù)量的增多, 聚集的納米金也越多,
從而使納米金溶液變?yōu)樗{(lán)色, 1000 個細(xì)胞即可引起明顯的
顏色變化。
2.7 其他污染物
近年來, 環(huán)境中的含氟化合物及其在食品中的污染
愈來愈成為食品安全關(guān)注的對象。Sun 等[85]先用巰基吡啶
通過Au-S 鍵修飾納米金, 然后再用APTMS 進(jìn)行硅烷化處
理, 在納米金表面形成一層Si-O-Si 的保護(hù)層, 當(dāng)向其中加
入含氟化合物時, 氟離子和硅結(jié)合, 破壞保護(hù)層, 不同納
米金顆粒通過暴露的吡啶形成NHF 氫鍵, 導(dǎo)致納米金發(fā)
生交聯(lián)團(tuán)聚, 溶液的顏色由紅變藍(lán), 從而達(dá)到檢測氟化
物的目的, 肉眼觀察可檢測低至1 μg/mL 的氟化物。Niu
等[86]分別用末端有巰基的聚乙二醇和全氟烷烴分別修飾
納米金, 建立了一種檢測全氟化合物的納米金比色法。當(dāng)
加入全氟化合物時, 全氟化合物和納米金上全氟烷烴因
為氟氟的相互作用而使納米金交聯(lián)團(tuán)聚, 最終導(dǎo)致納米
金沉淀溶液顏色變淺, 利用該方法檢測全氟化合物靈敏
度可以達(dá)到10 μg/L。
食品腐敗產(chǎn)生的亞硝酸鹽有致癌作用。Xiao 等[87]用
鄰氨基苯硫醇修飾納米金, 在存在亞硝酸根離子的情況下
加熱溶在乙醇中的納米金, 納米金表面發(fā)生脫氨反應(yīng), 電
荷減少, 納米金發(fā)生團(tuán)聚, 溶液顏色變藍(lán), 變色程度隨亞
硝酸鹽濃度增加而加深, 該方法可在10 min 內(nèi)檢測低至1
μg/mL 的亞硝酸鹽。Daniel 等[88]利用亞硝酸根可以偶聯(lián)磺
胺和萘二胺的經(jīng)典格里斯反應(yīng), 分別合成苯胺和萘修飾的
納米金, 當(dāng)加入亞硝酸根時, 誘導(dǎo)納米金交聯(lián)凝聚, 溶液
顏色變藍(lán), 該方法靈敏度滿足美國EPA 規(guī)定的環(huán)境水中1
μg/mL 的檢測要求。為了避免對納米金的修飾, Zhang 等[89]
利用亞硝酸鹽和苯二胺的重氮化反應(yīng)建立了基于納米金比
色法的亞硝酸鹽檢測方法, 在沒有亞硝酸鹽存在的情況下,
苯二胺誘導(dǎo)納米金聚集, 而在亞硝酸鹽和磷酸存在的情況
下, 亞硝酸鹽將苯二胺的氨基重氮化, 減弱了其對納米金
的聚集效應(yīng), 使納米金溶液保持紅色, 達(dá)到檢測亞硝酸鹽
的目的, 可檢測低于1 μg/mL 的亞硝酸鹽。
3 總結(jié)與展望
以上綜述了納米金比色法的原理及其在食品安全各
類污染物檢測中的應(yīng)用, 可以看出基于納米金的各種檢測
方法大部分都離不開檢測目標(biāo)物的特異分子, 以滿足檢測
方法的特異性。其中基于適配體的檢測方法, 由于適配體
與靶分子基于構(gòu)象結(jié)合, 具有和抗體相似的特異性, 因此
保證了檢測方法的特異性; 而基于氫鍵或電荷結(jié)合而設(shè)計
的各種修飾分子則可能會因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)類似物的存在而發(fā)生一
定的非特異反應(yīng), 使得檢測方法的特異性不足。因此要提
高納米金比色法的特異性, 還需要進(jìn)一步在修飾分子的設(shè)
計上下功夫, 一方面篩選各種污染物的高親和力高特異性
適配體, 一方面設(shè)計盡可能多氫鍵或電荷結(jié)合的特異修飾
分子。
納米金比色法雖然具有很高的靈敏度, 但是這種靈
敏度有時候也受到所使用的修飾分子或適配體親和力的限
制, 使得在某些靈敏度要求較高的情況下, 納米金比色法
的靈敏度不能滿足要求, 因此開發(fā)基于納米金比色法的信
號放大研究具有重要的意義。納米金作為一種納米材料具
有過氧化物酶的性質(zhì), 在H2O2 存在的情況下, 可以像
ELISA那樣催化四甲基聯(lián)苯胺生成藍(lán)色產(chǎn)物, 在652 nm 處
產(chǎn)生特定吸收峰, 因此可以利用納米金的該性質(zhì)建立基于
納米金比色法的信號放大方法。如Su 等[90]利用巰基苯硼
酸修飾的納米金-鉑結(jié)合到E. coli O157:H7 細(xì)菌表面, 然后
加入底物TMB 和H2O2, 通過測定652 nm 波長的吸收測定
樣品中的E. coli O157:H7 數(shù)量, 線性范圍為7～6×106
cfu/mL, 檢測限為7 cfu/mL。
當(dāng)然除了特異性和靈敏度之外, 納米金比色法本身
的缺點(diǎn)也比較明顯, 作為一種膠體溶液, 容易受到基質(zhì)
環(huán)境離子強(qiáng)度等影響而發(fā)生團(tuán)聚變色, 因此利用納米金
比色法檢測食品安全污染物, 一方面需要在樣品前處理
方面多下功夫, 盡可能地去除可能的干擾物; 另一方面
應(yīng)盡量采用特異修飾分子納米金, 目標(biāo)物與修飾特異結(jié)
合引發(fā)納米金交聯(lián)的方法, 以避免其他因素引起的納米
金團(tuán)聚?？傊? 納米金比色法具有其他方法不可比擬的簡
單快捷、無需復(fù)雜儀器等優(yōu)點(diǎn), 而且靈敏度較高, 因此在
快速檢測領(lǐng)域尤其是食品安全快速篩查領(lǐng)域具有非常廣
闊的應(yīng)用前景。
1948 食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報 第5 卷
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(責(zé)任編輯:趙靜)
作者簡介
白文薈, 碩士研究生, 主要研究方向
為食品質(zhì)量安全快速檢測技術(shù)。
E-mail: belle1997@sina.com
陳愛亮, 博士, 副研究員, 主要研究
方向?yàn)槭称焚|(zhì)量安全快速檢測技術(shù)。
E-mail: ailiang.chen@gmail.com

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