基于适配体与纳米材料应用于食品中危害物质的可视化检测

Chemical hazardous substances in food matrices, such as adulterants, natural toxins, and food additives, have potentially exerted harmful effects on human health. Therefore, it is of extreme significance to develop simple, rapid and low-cost analytical techniques with high sensitivity and selectivity to be employed in food safety assessment. In this project, we plan to construct novel label-free optical aptasensors using the aptamer as the recognition unit on the basis of excellent optical properties and tailorable surface chemstry of nanomaterials. On one hand, by tuning the stability of gold nanocolloids toward the high salt concentration to induce the color change, label-free colorimetric assays can be well established based on non-crosslinking mechanism. On the other hand, by virtue of unique surface characteristics of the fluorescent nanomaterials, the conformation difference of the aptamer after bindng with the target leads to the corresponding change of the interaction between the aptamer and the surface of the nanomaterials, accompanied by the fluorescence change. This strategy will simplify operation procedures, improve the detection reliability, and thus hold great promise in food safety assessment.

食品安全问题的发生主要是由于食品中被有意加入的化学物、无意污染物和天然存在的毒素等因素所导致。鉴于它们对人体健康的巨大危害，建立具有简单、快速灵敏、选择性好、检测成本低等优势的分析技术用于食品中有毒有害化学物质的检测显得十分必要。本项目拟在将核酸适配体作为信号识别单元的基础上，充分利用纳米材料的光学性质和丰富的表面化学性质，构建新型免标记的适配体光学传感器。一方面，通过改变纳米金溶胶稳定性的方法来改变其颜色，从而发展基于非交联原理的免修饰比色检测方法。另一方面，基于荧光纳米材料表面的特殊理化性质，通过适配体与靶标分子结合前后不同的构象改变适配体与荧光纳米材料表面间的相互作用，进而引起荧光信号的改变。此类免标记的分析方法将简化实验步骤，提高结果的可靠性，有望拓宽适配体在食品安全监测方面的应用前景。

研究工作围绕计划项目书设计展开，取得较好的研究成果，发表正刊SCI论文28篇。将核酸适配体作为信号识别单元，充分利用纳米材料的光学性质和丰富的表面化学性质，构建了新型免标记的适配体光学传感器，用于食品样品中各类抗生素的可视化检测，同时开展了生物酶、炭疽杆菌生物标志物2,6-吡啶二甲酸（DPA）的检测。主要工作如下：第一，以贵金属金银为载体，合成了纳米颗粒、纳米簇及纳米棒等不同形貌的纳米材料，经过适配体及其它稳定剂的修饰，使其在高浓度盐的存在下保持稳定的分散状态，分析物通过交联或非交联作用使纳米颗粒产生聚集或反聚集现象，或通过氧化还原刻蚀或形成合金等方法改变纳米材料的结构形貌，从而产生颜色及荧光性能的改变；同时，结合智能手机的成像应用程序(App)进行红绿蓝（RGB）分析，实现快速现场检测，避免了肉眼观察带来的误差。据此建立了食品中抗生素类药物（四环素类和氯霉素等药物）、生物酶（酪氨酸酶、酸性磷酸酶和硝基还原酶）及其它有机小分子（三聚氰胺、蛋氨酸、C-rich single-stranded DNA和肝素）等物质的分析新方法，并成功应用于实际样品分析。第二，选用金属有机骨架材料(MOFs)模拟过氧化物酶活性，通过表面修饰贵金属纳米颗粒用以模拟抗体，提高纳米酶的催化活性和目标特异性，利用适配体的高选择作用开发了食品中抗生素的定量分析新方法。第三，镧系配位聚合物LnCPs因其优异的发光性质，色度高，窄的发光谱带，荧光寿命长，使其在生物传感领域具有应用潜力。研究中设计合成了几种(LnCPs)，通过改变其内部能量传递过程构建生物分子（炭疽杆菌生物标志物2,6-吡啶二甲酸（DPA）、碱性磷酸酶等）的比率型荧光传感体系。第四，选用不同碳源通过氮掺杂制备了多色碳量子点，考察了制备方法对碳量子点发光性能的影响，构建了食品中抗生素含量及酒制品中微量水的测定方法。