張金艷,熊 艷,廖且根,李偉紅,王冬根,張 莉,羅林廣*
(江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與標(biāo)準(zhǔn)研究所,農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,農(nóng)業(yè)部畜禽產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室(南昌),江西 南昌 330200)
CdTe量子點(diǎn)免疫層析試紙條檢測(cè)克倫特羅
張金艷,熊 艷,廖且根,李偉紅,王冬根,張 莉,羅林廣*
(江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與標(biāo)準(zhǔn)研究所,農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,農(nóng)業(yè)部畜禽產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室(南昌),江西 南昌 330200)
以巰基乙酸作為穩(wěn)定劑,利用水熱反應(yīng)制備了水溶性的高熒光CdTe量子點(diǎn),量子產(chǎn)率為54.961%。研究了該量子點(diǎn)在1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和N-羥基丁二酰亞胺的作用下與抗克倫特羅抗體的共價(jià)連接。結(jié)果表明:該量子點(diǎn)與克倫特羅抗體連接后體系的熒光強(qiáng)度和吸光度均增強(qiáng),且峰位均未發(fā)生明顯移動(dòng),F(xiàn)/P值為4.20。將該偶聯(lián)反應(yīng)物CdTe-Anti CLE pAb作為熒光標(biāo)記物,組裝出一種用于檢測(cè)克倫特羅的熒光免疫試紙條,最低檢測(cè)限達(dá)0.5 μg/L,與酶聯(lián)免疫吸附法進(jìn)行對(duì)比,該試紙條能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)克倫特羅的快速檢測(cè)。
水熱合成;CdTe量子點(diǎn);克倫特羅;免疫層析試紙條
克倫特羅(clenbuterol,CLE)是一種β-腎上腺素受體激動(dòng)劑,在畜牧生產(chǎn)中大劑量使用可明顯提高瘦肉率[1],俗稱為“瘦肉精”。人食用殘留有CLE的肉制品后,其不良反應(yīng)主要有:全身乏力、頭痛、心悸、心跳加速、手指震顫。此外,還可引起代謝紊亂、血鉀降低。長(zhǎng)期食用會(huì)對(duì)心血管造成不良影響,誘發(fā)惡性腫瘤,引起死亡[2-3]。因此,各國(guó)政府都禁止CLE用作肉用動(dòng)物的飼料添加劑,我國(guó)農(nóng)業(yè)部也明文禁止在飼料中添加CLE,并規(guī)定在動(dòng)物性食品中不得檢出CLE。
膠體金免疫層析試紙條是一種快速、簡(jiǎn)便、靈敏、直觀,已廣泛用于食品安全現(xiàn)場(chǎng)初篩檢測(cè)[4-16]。但以膠體金為標(biāo)記物的檢測(cè)方法靈敏度相對(duì)偏低,且此類物質(zhì)物易受光學(xué)干擾,要求標(biāo)記物大量聚集至一定濃度后才能產(chǎn)生可視的信號(hào)(如膠體金需要達(dá)到107個(gè)/mm2,才會(huì)形成肉眼可見(jiàn)的紅色[17])。在動(dòng)物性食品中抗生素和違禁藥物殘留限度極度苛刻,甚至要求0.1 μg/L的檢測(cè)限,食品類物質(zhì)如肉類、禽類、果蔬、谷物等成分復(fù)雜,前處理難度也很大,造成膠體金免疫層析檢測(cè)靈敏度往往無(wú)法勝任[18-20],這就限制了傳統(tǒng)層析方法在食品安全領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
基于量子點(diǎn)的激發(fā)光譜寬、發(fā)射光譜窄、熒光強(qiáng)度高、穩(wěn)定性強(qiáng),生物兼容性好等特點(diǎn),在偶聯(lián)劑的作用下,可以與抗體相連接,形成特異性的偶合物,特別是用這種偶合物作為標(biāo)記物,可以顯著降低檢測(cè)方法的檢測(cè)限[21-25]。本研究采用課題組自制的CdTe量子點(diǎn)標(biāo)記CLE抗體作為指示物,組裝成了一種用于檢測(cè)CLE的量子點(diǎn)熒光免疫層析試紙條。
1.1 試劑與儀器
碲粉(Te,分析純,99.999%)、氯化鎘(CdCl2·2.5 H2O)、硼氫化鈉(分析純,96%)、氫氧化鈉(分析純) 中國(guó)醫(yī)藥上?;瘜W(xué)試劑公司;羅丹明6G(分析純) 上海紀(jì)寧實(shí)業(yè)有限公司;CLE、沙丁胺醇、萊克多巴胺、苯乙醇胺A、特布他林、氯丙那林、妥布特羅、噴布特羅、西馬特羅、非諾特羅標(biāo)準(zhǔn)品、N-羥基琥珀酰亞胺(N-hydroxysuccinimide,NHS)和1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(1-(3-dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide hydrochloride,EDC)、羊抗兔二抗、巰基乙酸 美國(guó)Sigma-Aldrich公司;CLE抗體、CLE抗原 廣州弗賽生物科技有限公司;CLE檢測(cè)試劑盒 美國(guó)Biocheck公司;實(shí)驗(yàn)用水由Milli-Q水處理系統(tǒng)制得。
F-7000型熒光分光光度計(jì)、U3900型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)、CR21GIII高速冷凍離心機(jī) 日本日立公司;pHS-3C酸度計(jì) 上海雷磁公司;GZX-9240MBE電熱恒溫干燥箱 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司;wi95549冷凍干燥儀 東西儀(北京)科技有限公司;ZF-20C紫外分析儀、XYZ3000點(diǎn)膜儀 美國(guó)Bio-Dot公司;樣品墊、結(jié)合墊、硝酸纖維素膜;黏性PVC底板、吸水紙 上海金標(biāo)生物科技有限公司。
1.2 方法
1.2.1 CdTe量子點(diǎn)的制備及純化
CdTe量子點(diǎn)的制備:以巰基乙酸作為穩(wěn)定劑,利用水熱法制備CdTe量子點(diǎn)。具體過(guò)程如下:圓底燒瓶中加入0.120 g的CdCl2·2.5 H2O和72.7 μL巰基乙酸共同溶于200 mL高純水中,用1.00 mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)到pH值為12.0左右,通高純氮?dú)?0 min,然后在氮?dú)獗Wo(hù)下加入上述新制備的碲氫化鈉溶液210 μL,溶液顏色立刻變成黃色,得到CdTe量子點(diǎn)前軀體。將原溶液轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱合成反應(yīng)釜中,置于140 ℃烘箱加熱70 min,得到溶液澄清透明的CdTe量子點(diǎn)溶液。選擇激發(fā)波長(zhǎng)為365 nm,進(jìn)行熒光光譜的表征。
CdTe量子點(diǎn)的純化:加入2 倍體積的無(wú)水乙醇溶液,于高速冷凍離心機(jī)15 000 r/min離心15 min,于冷凍干燥儀得到CdTe固體樣品,進(jìn)行透射電鏡和X射線衍射圖譜表征。
1.2.2 CdTe量子點(diǎn)的量子產(chǎn)率的計(jì)算
參照Taylor等[26]介紹的方法來(lái)測(cè)試。稱取一定量的羅丹明6G溶解在絕對(duì)無(wú)水乙醇里,配成濃度為1×10-6mol/L的溶液,測(cè)試其吸收和發(fā)光光譜(激發(fā)波長(zhǎng)530 nm);調(diào)整納米晶的濃度,紫外吸收測(cè)定在530 nm波長(zhǎng)處的吸光度小于0.1,測(cè)試該濃度條件下的熒光發(fā)射光譜。采用公式(1)計(jì)算納米晶的發(fā)光量子產(chǎn)率。
式中:r為參比;x為樣品;Q為量子產(chǎn)率;A為530 nm波長(zhǎng)處的吸光度;D為發(fā)光光譜積分面積;n為溶劑折光率(乙醇折光率為1.361 1,水折光率為1.332 9)。
1.2.3 CdTe量子點(diǎn)與Anti-CLE pAb的偶聯(lián)
利用EDC和NHS的共價(jià)偶聯(lián)作用下,將CdTe量子點(diǎn)表面的羧基進(jìn)行活化,然后再與CLE抗體表面的氨基形成酰胺犍,即得CdTe-抗CLE抗體偶聯(lián)物。具體過(guò)程如下:在1.5 mL,0.01 mol/L的磷酸鹽緩沖溶液(phosphate buffered saline,PBS,pH 7.4)中,加入200 μL的巰基乙酸穩(wěn)定的CdTe量子點(diǎn)溶液(OD530nm= 0.30),50 μL,0.1 mol/L的EDC和50 μL,0.1 mol/L的NHS,室溫條件下活化15 min,再加入150 μL,0.1 g/L抗CLE抗體,37 ℃、220 r/min振蕩5 h,加入1 g/100 mL牛血清白蛋白。室溫手振30 min,15 000 r/min離心15 min,取沉淀,待用。
1.2.4 CdTe量子點(diǎn)與抗CLE抗體的偶聯(lián)效果的檢測(cè)
標(biāo)記好的抗體一般采用F/P的比值來(lái)鑒定其性能。F/P值代表熒光素和蛋白質(zhì)的結(jié)合比率。將制備好的熒光抗體用紫外分光光度計(jì)分別測(cè)定280 nm(蛋白質(zhì)的特異吸收峰)和530 nm(標(biāo)記熒光CdTe的特異吸收峰)波長(zhǎng)處的吸光度按下列公式計(jì)算:一般情況下,用于熒光標(biāo)記的F/P的比值應(yīng)該在1~5之間。
1.2.5 試紙條組裝
利用XYZ點(diǎn)膜儀將0.1 g/L檢測(cè)抗原和0.2 g/L的羊抗兔二抗噴在硝酸纖維素膜上,形成檢測(cè)線(T)和質(zhì)控線(C),T帶和C帶間隔5 mm,置于37 ℃恒溫箱中固定30 min,將硝酸纖維素膜和吸水板依次粘貼在PVC板上,用試紙條切刀切割成試紙條,干燥后,密封保存。
1.2.6 檢測(cè)方法及其結(jié)果判定
將標(biāo)記好抗體偶聯(lián)物CdTe-抗CLE抗體溶液50 μL與 50 μL的待測(cè)溶液(超純水配制,內(nèi)含不同質(zhì)量濃度的CLE)混合均勻,同時(shí)設(shè)置空白對(duì)照,將組裝好的試紙條分別插入相應(yīng)的混合液中,反應(yīng)5 min,放置在紫外分析儀觀察結(jié)果。每個(gè)樣本重復(fù)測(cè)定6 次,結(jié)果判定:在C帶顯現(xiàn)熒光帶的前提下,目視T帶的熒光強(qiáng)度,與空白對(duì)照,熒光越弱,代表待測(cè)溶液中含被測(cè)物的濃度越高。
1.2.7 試紙檢測(cè)有效性驗(yàn)證
取豬尿樣品6 份,按照0.1、0.2、0.5、1.0、2.0 μg/L和5.0 μg/L的理論終質(zhì)量濃度進(jìn)行檢測(cè)。每個(gè)質(zhì)量濃度重復(fù)測(cè)定6 次。
2.1 CdTe量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)表征
圖1 CdTe量子點(diǎn)的透射電鏡圖Fig.1 TEM image of CdTe QDs
圖2 CdTe量子點(diǎn)的XRD圖譜Fig.2 XRD image of CdTe QDs
由圖1可以看出,該法合成的CdTe量子點(diǎn)大小較為均勻,粒徑約為3.5 nm左右。由圖2可知,這3 個(gè)峰的位置分別為:25.602、42.160和48.456,分別對(duì)應(yīng)于CdTe立方晶系的(111)、(220)、(311)3 個(gè)晶面,為了進(jìn)行對(duì)比,XRD譜圖下方標(biāo)出了體塊閃鋅礦CdTe(實(shí)線)和CdS(虛線),發(fā)現(xiàn)這3 個(gè)值介于CdTe和CdS之間,但偏向于CdTe晶體,屬于閃鋅礦立方晶相。同時(shí),CdTe量子點(diǎn)的XRD譜的衍射峰位向CdS晶相偏移,說(shuō)明在CdTe量子點(diǎn)的生長(zhǎng)過(guò)程中, TGA中巰基發(fā)生水解,部分硫原子參與了Cd離子的配位作用[19]X射線峰的寬化顯示出所合成的晶體是非常小的納米晶體。但由于數(shù)量有限,所以不會(huì)影響CdTe量子點(diǎn)的質(zhì)量,有些報(bào)道認(rèn)為,CdS只是存在于納米晶體的表面,形成了類似于CdTe-CdS核殼結(jié)構(gòu)的包裹晶體,可以在一定程度上提高晶體的量子效率,完善其光譜學(xué)性質(zhì)。參照Taylor等[26]的方法來(lái)測(cè)試該量子點(diǎn)的量子產(chǎn)率達(dá)54.961%,能夠滿足熒光標(biāo)記的需要。
2.2 CdTe量子點(diǎn)偶聯(lián)效果及其光譜分析
圖3 CdTe量子點(diǎn)偶聯(lián)抗體前后的熒光圖譜Fig.3 Photoluminescence spectra of CdTe QDs with/without antibody labeling
圖4 CdTe量子點(diǎn)偶聯(lián)抗體前后的吸收光譜Fig.4 Absorption spectrum of CdTe QDs with/without antibody labeling
圖3 是激發(fā)波長(zhǎng)為365 nm,激發(fā)和發(fā)射狹縫設(shè)定為5 nm,掃描速率為1 200 nm/min,對(duì)CdTe量子點(diǎn)偶聯(lián)抗體前后的熒光掃描圖譜。圖4為CdTe量子點(diǎn)偶聯(lián)抗體前后的紫外吸收掃描圖譜。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),該水熱合成法制備的CdTe量子點(diǎn)的最大發(fā)射波長(zhǎng)為560 nm,吸收峰位為530 nm,經(jīng)過(guò)偶聯(lián)作用后,CdTe量子點(diǎn)的熒光峰位和吸收峰位均沒(méi)有發(fā)生明顯的移動(dòng),但熒光強(qiáng)度由原來(lái)的3 306增加到3 840,吸光度也出現(xiàn)了增強(qiáng)的現(xiàn)象。其原因是CLE抗體在EDC和NHS共價(jià)偶聯(lián)的作用下,形成了酰胺鍵,并且形成類似于(CdTe)x(CLE)1-x的核殼結(jié)構(gòu),這種核殼結(jié)構(gòu)降低了CdTe量子點(diǎn)的表面電荷數(shù)減少,從而消除了部分非輻射弛豫途徑,使得體系的吸光度和熒光強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。F/P值越高,說(shuō)明抗體分子結(jié)合的CdTe量子點(diǎn)的越多,則標(biāo)記抗體的靈敏度越高,但是F/P值過(guò)高,會(huì)增加CdTe量子點(diǎn)標(biāo)記抗體的負(fù)電荷,引起非特異性吸附。因此本實(shí)驗(yàn)所制備的熒光免疫試劑F/P值為4.20,可以滿足一般標(biāo)記的要求。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),該熒光免疫試劑的顏色依然是淡黃色,而且沒(méi)有沉淀渾濁現(xiàn)象出現(xiàn)。于4 ℃環(huán)境放置3 周后,最大發(fā)射峰和強(qiáng)度未見(jiàn)明顯變化。
2.3 檢出限測(cè)定結(jié)果
將CLE標(biāo)準(zhǔn)品用乙醇配制成1 g/L溶液,繼續(xù)用高純水稀釋,使其終質(zhì)量濃度為0、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0 μg/L和5.0 μg/L。用組裝好的CdTe量子點(diǎn)熒光免疫試紙條對(duì)上述各質(zhì)量濃度進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果如圖5所示,當(dāng)CLE質(zhì)量濃度小于0.5 μg/L,呈陰性反應(yīng),即試紙條上T線顯示黃綠色熒光;CLE質(zhì)量濃度大于0.5 μg/L,呈陽(yáng)性反應(yīng),即試紙條上的T線消失;此熒光免疫試紙條的檢測(cè)限為0.5 μg/L,與目前市場(chǎng)廣泛應(yīng)用的CLE膠體金快速檢測(cè)試紙條相比(其在豬尿樣品中的檢測(cè)限,一般為1~3 μg/L),所以大大降低了檢出限。
圖5 紫外燈光下觀察的CdTe量子點(diǎn)免疫層析試紙條檢測(cè)結(jié)果Fig.5 Image of CLE rapid test strip under ultraviolet illumination
2.4 交叉反應(yīng)性反應(yīng)結(jié)果
用乙醇稀釋沙丁胺醇、萊克多巴胺、苯乙醇胺A、特布他林、氯丙那林、妥布特羅、噴布特羅、西馬特羅、非諾特羅標(biāo)準(zhǔn)品1 g/L,在用高純水稀釋,使其終質(zhì)量濃度為0.1、0.2、0.5、1.0、2.0 μg/L和5.0 μg/L,用上述試紙條進(jìn)行檢測(cè),每個(gè)質(zhì)量濃度重復(fù)6 次,判斷試紙條的交叉反應(yīng)性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果未發(fā)現(xiàn)有交叉反應(yīng),表明試紙條特異性較好。
2.5 有效性的驗(yàn)證
表1 豬尿樣品種不同添加量的ELISA和熒光免疫試紙條測(cè)定結(jié)果的比較Table1 Comparison of detection results of pork sample by ELISA and strips methods
利用CdTe量子點(diǎn)熒光免疫試紙條和ELISA試劑盒對(duì)添加的CLE的豬尿樣品進(jìn)行檢測(cè),每個(gè)質(zhì)量濃度檢測(cè)6 次。結(jié)果見(jiàn)表1。CLE添加質(zhì)量濃度為1 μg/L,試紙條檢測(cè)為陽(yáng)性;CLE添加質(zhì)量濃度低于0.2 μg/L時(shí),試紙條檢測(cè)結(jié)果為陰性。對(duì)添加質(zhì)量濃度為0.5 μg/L的豬尿樣品,經(jīng)ELISA試劑盒測(cè)定回收量為(0.47±0.05)μg/L,試紙條檢測(cè)有5 例陽(yáng)性,1 例陰性,提出該試紙條的實(shí)際檢測(cè)限高于0.5 μg/L。如規(guī)定CLE添加值為2.0 μg/L,則試紙條和ELISA試劑盒的檢測(cè)結(jié)果均符合,表明該試紙條能夠滿足對(duì)豬尿樣品中CLE的測(cè)定。
本實(shí)驗(yàn)利用無(wú)機(jī)水相合成的CdTe納米晶,在EDC和NHS共價(jià)偶聯(lián)的作用下,具備了生物活性,通過(guò)酰胺鍵連接了CLE抗體,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)CLE抗原的特異性識(shí)別,在最佳的實(shí)驗(yàn)條件下,組裝了一種靈敏度更高的免疫熒光試紙條,其檢測(cè)限可達(dá)0.5 μg/L(目前市場(chǎng)上廣泛引用的膠體金試紙條的檢出限為1.0~3.0 μg/L),為瘦肉精市場(chǎng)監(jiān)督提供了一個(gè)新的熒光試紙條。
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Development of CdTe Quantum Dots-Based Lateral-Flow Immunoassay for Rapid Detection of Clenbuterol
ZHANG Jinyan, XIONG Yan, LIAO Qiegen, LI Weihong, WANG Donggen, ZHANG Li, LUO Linguang*
(Laboratory of Quality and Safety Risk Assessment for Livestock and Poultry Products (Nanchang), Ministry of Agriculture, Key Laboratory of Quality and Safety of Agricultural Products, Institute for Quality and Safety and Standards of Agricultural Products, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanchang 330200, China)
CdTe quantum dots (QDs) were synthesized in aqueous solution by using aercapto acetic acid as the stabilizer, and then coupled to the polyclonal antibody (Anti-Clenbuterol pAb, Anti-CLE pAb) with N-hydroxysuccinimide (NHS) and 1-(3-dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC). Spectral analysis further showed that the photoluminescence (PL) intensity and absorbance value of the CdTe-Anti-CLE pAb were enhanced without significant shifts in the characteristic peaks. Using the CdTe-Anti-CLE pAb, an immunochromatographic test strip was developed for the rapid detection of clenbuterol (CLE) with a detection limit of 0.5 μg/L. Compared with the results of enzymelinked immunosorbent assay (ELISA), the lateral fl ow test strip is very useful and effective as a rapid screening method for detection of CLE residues.
hydrothermal synthesis; CdTe quantum dots; clenbuterol; immunochromatographic test strip
O657
A
1002-6630(2015)22-0161-04
10.7506/spkx1002-6630-201522030
2014-11-04
江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新基金(青年基金)項(xiàng)目(2012CQN007);2015年度國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估項(xiàng)目(GJFP201500801)
張金艷(1982—),女,助理研究員,碩士,研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測(cè)分析技術(shù)。E-mail:zhangjinyana@126.com
*通信作者:羅林廣(1964—),男,研究員,博士,研究方向?yàn)樾笄莓a(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。E-mail:luolinguang@126.com