量子探针技术在外源性残留物快速检测中的应用进展及其在中药中的前景展望

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[摘要] 以真菌毒素、重金属、农残为主的外源性残留物严重影响着中药的用药安全。半导体量子点纳米粒由于具有独特的光致发光、化学发光、电化学和电致化学发光特性，而被广泛应用于量子探针、量子传感器等领域。该文总结了量子点探针技术的特点及特异性基础，重点介绍了新型量子探针技术在真菌毒素、重金属、农残等快速检测中的应用，并结合中药中外源性残留物污染特点及《中国药典》限量情况概述了中药中三大外源性污染物限量标准及污染状况，展望了量子探针技术在中药安全性评价中的应用前景。

[关键词]量子探针；中药安全；真菌毒素；重金属；农残

以真菌毒素、重金属、农药等为主的外源性有害残留物严重影响着食品、药品、环境的安全，日益成为社会各界关注的焦点。中药由于大部分来源于自然界中植物、动物及矿物，极易受到环境的影响。近年来，随着中药在疾病预防与治疗、食品开发等方面重要性的提高，我国中药及其相关制品的出口不断增大，但频频出现的有害残留物问题已成为阻碍中药现代化的“瓶颈”。因而，制定科学的限量标准并建立相应的检测平台成为了控制中药中外源性残留物的首要问题^[1]。但由于中药种类繁多，成分复杂，种植、加工和储藏又各不相同，给实际检测带来了很大困难。目前，最常用的检测平台仍是基于实验室仪器分析，不能达到现场快速筛查的目的，因而寻找高效、便捷、快速、灵敏的检测方法不仅对制定和监督相关残留物的污染状况具有重要意义，且对保证用药安全，促进中药现代化具有突出的现实意义。

纳米材料的引入为建立新型快速检测平台奠定了良好的基础，它既提高了检测的灵敏度、准确性，又缩短检测时间、简化设备，在分析领域具有十分广阔的应用前景。量子点（quantum dots， QDs）又称为半导体纳米微晶粒，是一种由Ⅱ-Ⅵ族元素或Ⅲ-Ⅴ族元素组成的直径在100 nm以内的微粒。与传统有机染料相比，QDs具有激发光谱宽而连续、发射光谱窄而对称、荧光量子产率高以及抗漂白能力强等独特的光学性质^[2]。此外QDs还具有优良的化学发光及电化学发光性质。继Alivisatos^[3]和Nie^[4]攻克了QDs生物相容性和水溶性难题后，量子探针已被广泛用于有害残留物的检测^[5-6]、药物传递与筛选^[7]、生物成像^[8]、疾病诊断^[9]等领域。

本文综述了QDs的发光特点及量子探针特异性，总结了量子探针在真菌毒素、重金属、农药三大外源性残留物检测中的应用以及中药中三大残留物的污染状况，并以此展望了量子探针在中药安全性评价中的应用前景。

1量子探针技术的特点及特异性基础

QDs是粒径小于或接近于激子玻尔半径的纳米晶粒，是三维尺度限域的零维纳米材料。其既可以由单种半导体材料组成，如CdS，ZnS，CdTe，HgS 等Ⅱ-Ⅵ族元素，GaAs，InP，InAs等Ⅲ-Ⅴ族元素，PbTe，PbSe等Ⅴ-Ⅵ族元素，也可以由CdZnS，CdSSe等多种半导体材料组成核壳结构（core-shell）的纳米颗粒。由于粒径小，比表面积大等结构特性，导致了量子尺寸效应和介电限域效应的产生，从而可以通过调节QDs尺寸控制能级宽度和发光范围。通过改变 QDs 的大小和组成，又可使其荧光发光覆盖紫外、可见到近红外区间^[10]（图1）。基于上述独特优势发光特点，使得量子探针可以被灵活的应用于外源性残留物的多元检测。

由于外源性污染物污染的广泛性，使得基质效应各不相同，特别是中药基质的特殊性，故应用量子探针技术建立快速检测的准确性成为了重大考验。在QDs表面装配上待测残留物的特异性配基，实现诸如酶-底物、抗原-抗体、DNA-靶分子等“主-客”模式的特异性识别，进而消除基质干扰，增强检测的选择性成为了重要的解决途径，这些特异性配基主要包括酶、抗体、核酸等生物配基^[11-14]，冠醚、环糊精、杯芳烃等超分子类聚合物^[15-17]，值得一提的是近年来新出现的一些如适体^[6]、DNA催化酶^[18]、分子印记聚合物（MIP）^[19-20]等特异性更强的配基在量子探针中的应用更加保证了检测的准确性。

2量子探针技术在外源性残留物快速检测中的应用

2.1量子探针技术在真菌毒素快速检测中的应用 真菌毒素虽广泛污染各种食品、农作物、中草药及其制品，但由于其超痕量（ppb）、剧毒、种类繁多，加之污染基质复杂性等特点，因而实际检测存在较大难度。目前，最常用检测技术为仪器分析法，辅之各种前处理技术（提高仪器检测的灵敏度）。但是仪器分析是一种实验室方法，需要专业的操作人员和昂贵的仪器设备，因而不能满足现场快速检测的目的。必要的前处理往往需要耗费大量的时间、金钱和有机试剂，易造成环境污染，同时复杂的前处理易造成毒素的二次损失，从而降低检测可靠性。因此寻找简便、快速、灵敏、经济的毒素快速分析方法显得尤为重要。量子传感技术凭借其优越的光学性质，在毒素快速检测中已得到应用（表1）。

荧光免疫吸附检测法（fluorescence-labeled immunosorbent assay， FLISA）是以荧光素标记抗体或抗原作为示踪剂的一种新的免疫分析技术，其原理与酶联免疫吸附检测法（ELISA）相似，当示踪剂与相应分析物结合后，借助荧光检测仪观察或测量荧光现象和强度，从而对分析物进行定性和定量分析。传统荧光素在痕量物质的FLISA检测时由于抗漂白能力差、背景信号大，因而灵敏度较低。荧光QDs具有激发光谱宽、发射光谱窄而对称、摩尔吸收系数大、抗漂白能力强、荧光寿命较长等独特的光学性质，将其应用于FLISA能发挥降低背景信号、提高检测的灵敏度、实现多重检测等优势。Beloglazova课题组^[25]合成了水溶性CdSe/ZnS-QDs并用于玉米赤霉烯酮（zearalenone， ZEN）蛋白复合物及其抗体的标记，从而建立了QDs-定性柱定性及其-FLISA定量分析小麦中的ZEN的方法。对比ELISA，QDs-FLISA具有更高的灵敏度（LODFLISA 0.03 < LODELISA 0.08 mg·L^-1）和更强的特异性（IC50 FLISA 0.1< IC 50ELISA 0.4 mg·L^-1）。该课题组还应用脂质体装载的QDs标记黄曲霉毒素M1（aflatoxin M1，AFM1）和ZEN的蛋白复合物，建立了现场定性柱确认及其FLISA定量分析食品中真菌毒素的方法[23，26]。

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