分子印迹技术是模仿抗体抗原、酶与底物的特异性识别原理,将模板分子(检测物)先记忆,然后再洗脱,在印迹材料上形成特定的MIP,可以自然、选择性地识别检测物。MIP具有良好的识别性能,但是缺乏检测信号传输,将荧光物质通过聚合反应与MIP相结合,形成分子印迹荧光传感器,以荧光信号作检测分析(图4)。常见的分子印迹荧光传感器分为有机染料分子印迹荧光传感器、稀土分子印迹荧光传感器和QDs分子印迹荧光传感器。
Wu Chunxia等选择异硫氰酸荧光素(fluorescein isothiocyanate,FITC)有机染料作为荧光信号材料,在FITC改性二氧化硅纳米球表面合成MIP,以亲水性功能单体在荧光印迹纳米粒子上制备有效的CIP识别位点,采用多步沉淀法合成了MIPs@SiO2-FITC,激发波长为470 nm,发射波长为525 nm。荧光强度随着猝灭剂(CIP)浓度的增加而降低。制备的MIPs@SiO2-FITC具有良好的选择性,检出限是4.04 nmol/L。
Tang Yiwei等采用NaYF4∶Yb3+、Er3+ UCPs并结合MNPs,通过局域光聚合法制备了多功能MIP荧光探针。该方法在UCPs分散的正丙醇溶液中加入Fe3O4纳米粒子和正硅酸四乙酯,利用水解反应制备了磁性上转换发光纳米粒子。使MIP成为磁性富集、分子识别和上转换荧光的三元探针。
图4 MIP荧光检测法示意图
Shi Tian等以3-氨丙基三乙氧基硅烷为功能单体,聚乙二醇辛基苯基醚作为表面活性剂,NOR为分子模板,在硅烷化CdTe QDs表面合成了MIP。将模板分子洗脱后,得到与NOR分子的大小、形状和化学基团互补的特定三维印迹腔。NOR结合MIP-CdTe QDs后由于电子转移引起荧光猝灭,洗脱NOR后荧光再次出现,成功地制备了对NOR具有特异性的分子印迹荧光纳米探针。检出限为0.18 μmol/L。
适配体是RNA寡核苷酸或DNA单链,它能特异性地与多种靶分子结合,如核酸、蛋白质、金属离子、以及细胞等,具有很高的亲和力、选择性和敏感性。适配体在与靶点结合前后具有明显不同的构象,以荧光团修饰适配体互补DNA链或直接修饰适配体,适配体和靶分子结合后可以影响荧光物质的荧光信号的变化,无论是增强还是减弱,都可以反映结合过程的程度,从而可以对目标物进行定性和定量检测,如图5所示。
图5 荧光适配体传感器检测FQs示意图[56]
Liu Xiuying等设计了一种基于适配体修饰的Fe3O4 MNPs与Yb、Er离子对掺杂UCNPs相结合的荧光适配体传感器。Fe3O4首先与具有适配体互补DNA链的UCNPs反应,在适配体与其互补DNA之间形成双链结构,生成杂交探针。因为探针在有ENR条件下优先与靶点结合,导致之前的部分双链结构解离后,杂交探针中的部分UCNPs被释放,荧光强度减弱,得到特异性好、灵敏度高的用于ENR测定的荧光适配体传感器。
2017年Liu Xiuying等又提出了一种新型的ENR荧光“双识别”检测方法。将生物素化ENR适配体固定在UCNPs表面,以捕获ENR作为识别的第一个保障。当适配体在已有靶标上正确折叠后,结合分子印迹技术与ENR剩余官能团相互作用是第二个保障。对鱼类样本检测表现出良好的检测性能。
Reinemann等采用荧光素标记寻找具有OFL特异性的适配体序列,并确定适配体-靶标体系的解离常数,经过8 轮的指数富集配体进化技术程序,获得了一个对几种FQs药物具有较高特异性的适配体。可以看出利用适配体、分子印迹技术以及免疫结合的特异性与高灵敏度的荧光分析法联用,能够进行识别性强,灵敏度高的分析检测,对于食品中FQs药物残留检测具有广阔的应用前景。
只有一个荧光信号的产生可能有背景干扰的限制,基于比率的传感结构利用两个及以上不同波长荧光信号的比较(图6),然后计算其信号强度比,对FQs残留进行检测分析,能够更好地避免假阳性结果,进一步提升检测准确性。
图6 比率信号采集的示意图
Liu Xiqing等以桂花叶片为碳源,通过水热处理制备蓝色荧光CDs,采用溶胶-凝胶法与巯基乙酸修饰的红色CdTe QDs结合,随着CIP的加入,在657 nm波长处荧光逐渐猝灭,但在465 nm波长处左右,荧光强度逐渐增强,利用比率荧光选择性灵敏地测定CIP,检出限为0.012 7 nmol/L,线性范围为0~60 nmol/L。
Lu Changfang等以硒酵母为原料,通过水热法合成了CDs。它们进一步与核黄素偶联,形成双发射比率荧光探针,在370 nm激发波长下,探针显示双发射峰,峰值在443 nm和510 nm。当加入CIP时,由于CDs与CIP之间的氢键和共轭效应所致,在相同的激发条件下CDs的蓝色荧光增强。而核黄素的荧光(510 nm)强度保持不变。以荧光强度比率(I443 nm/I510 nm)反映CIP的浓度。检测限为0.13 μmol/L。
Gui Rijun等通过水热法制备了氨基功能化的CDs和羧基功能化硅QDs(Si quantum dots,SiDs)。CDs和SiDs通过碳二亚胺活化偶联反应结合形成CDs/SiDs共轭物。将共轭物用双(3-吡啶基甲基)胺(bis(3-pyridylmethyl)amine,BPMA)进行了功能化修饰,加入CuCl2溶液形成了CDs/SiDs-BPMA-Cu2+检测体系。在Cu2+存在下,Cu2+与CDs/SiDs-BPMA的表面配体有配位作用,引起SiDs荧光猝灭。而随着CIP的加入,Cu2+可以与CIP的C3-羧基和C4-酮基结合,产生一种新的Cu2+-CIP配合物,破坏了电子能量转移,荧光恢复。此外,Cu2+和CIP的加入不会影响红色荧光的CDs。以此建立了ISiDs/ICDs比率荧光检测法。