Fe-(3+)掺杂聚多巴胺...中脱氧雪腐镰刀菌烯醇的检测_路念.pdf

安全检测 食品科学 2023,Vol.44,No.04 313Fe3掺杂聚多巴胺纳米球荧光适配体传感器对小麦中脱氧雪腐镰刀菌烯醇的检测路 念1,2,3，马 骥1,2,3,4，成军虎1,2,3，孙大文1,2,3,*（1.华南理工大学食品科学与工程学院，广东 广州 510641；2.华南理工大学 现代食品工程研究中心，广东 广州 510006；3.广东省冷链食品智能感知与过程控制工程技术研究中心，广东省农产品智能冷链物流设备工程实验室，广东 广州 510006；4.华南理工大学 发光材料与器件国家重点实验室，广东 广州 510640）摘 要：目的：构建一种基于荧光共振能量转移（fluorescence resonance energy transfer，FRET）原理的荧光适配体传感器，用于检测小麦中的脱氧雪腐镰刀菌烯醇（deoxynivalenol，DON）。通过掺入Fe3提高传感器中聚多巴胺纳米球（polydopamine nanospheres，PDANS）对6-羧基荧光素（6-carboxyuorescein，FAM）的猝灭能力。方法：标记有FAM的DON核酸适配体（PDON）通过-堆积的非共价作用吸附到Fe3掺杂聚多巴胺纳米球（Fe-PDANS）上，由于FRET，FAM的荧光被Fe-PDANS猝灭。在DON存在的情况下，PDON可以和DON特异性结合，改变PDON的构象，使其难以吸附到Fe-PDANS上，从而增强传感器的荧光信号，实现对DON的检测。结果：该传感器在DON质量浓度0.266 7133.3 ng/mL范围内具有良好的线性关系，其检出限为0.118 2 ng/mL；同时，对阳性小麦中的DON进行检测，其检测结果与酶联免疫检测法所得结果无显著差异（P0.05）。结论：所构建的荧光适配体传感器反应快速、灵敏，且具有良好的特异性和重复性，提供了检测小麦中DON的新方法。关键词：核酸适配体；脱氧雪腐镰刀菌烯醇；铁掺杂聚多巴胺纳米球；荧光传感器A Fluorescent Aptasensor Based on Fe3+Doped Polydopamine Nanospheres for Detection of Deoxynivalenol in WheatLU Nian1,2,3,MA Ji1,2,3,4,CHENG Junhu1,2,3,SUN Da-wen1,2,3,*(1.School of Food Science and Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510641,China;2.Academy of Contemporary Food Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510006,China;3.Engineering and Technological Research Centre of Guangdong Province on Intelligent Sensing and Process Control of Cold Chain Foods,Guangdong Province Engineering Laboratory for Intelligent Cold Chain Logistics Equipment for Agricultural Products,Guangzhou 510006,China;4.State Key Laboratory of Luminescent Materials and Devices,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China)Abstract:Objective:A fluorescent aptasensor based on fluorescence resonance energy transfer(FRET)was constructed for the detection of deoxynivalenol(DON)in wheat.The ability of polydopamine nanospheres(PDANS)in the sensor to quench 6-carboxyuorescein(FAM)was improved by doping with Fe3+.Methods:FAM labeled DON aptamer(PDON)was adsorbed on the surface of PDANS(Fe-PDANS)doped with Fe3+via-stacking non-covalent interactions,and Fe-PDANS quenched the fluorescence of FAM through FRET.In the presence of DON,PDON could specifically combine with DON,changing the conformation of PDON,making it difficult to adsorb onto Fe-PDANS,and finally enhancing the fluorescence signal of the sensor for the detection of DON.Results:The aptasensor exhibited a linear range from 0.266 7 to 133.3 ng/mL for DON,and the detection limit was 0.118 2 ng/mL.The results of this aptasensor for DON in positive wheat samples were not significantly different(P 0.05)from those obtained by enzyme-linked immunosorbent assay(ELISA).Conclusion:The fluorescent aptasensor is characterized by rapid detection,excellent sensitivity,high specificity and good repeatability,which will provide a new method for the detection of DON in wheat.Keywords:aptamer;deoxynivalenol;Fe3+doped polydopamine nanospheres;fluorescent sensor DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220228-241中图分类号：TS207 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2023）04-0313-08收稿日期：2022-02-28基金项目：广东省基础与应用基础研究基金项目（2021A1515110396）第一作者简介：路念（1998）（ORCID:0000-0003-1200-1994），女，硕士研究生，研究方向为食品有害物快速检测。E-mail:*通信作者简介：孙大文（1960）（ORCID:0000-0002-3634-9963），男，教授，博士，研究方向为先进冷冻冷链技术、食品安全检测及其控制技术、先进食品加工技术。E-mail:314 2023,Vol.44,No.04 食品科学 安全检测引文格式：路念,马骥,成军虎,等.Fe3+掺杂聚多巴胺纳米球荧光适配体传感器对小麦中脱氧雪腐镰刀菌烯醇的检测J.食品科学,2023,44(4):313-320.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220228-241.http:/ LU Nian,MA Ji,CHENG Junhu,et al.A fluorescent aptasensor based on Fe3+doped polydopamine nanospheres for detection of deoxynivalenol in wheatJ.Food Science,2023,44(4):313-320.(in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220228-241.http:/脱氧雪腐镰刀菌烯醇（deoxynivalenol，DON），是黄色镰刀菌（Fusarium culmorum）和禾谷镰刀菌（Fusarium graminearum）产生的高毒性次级代谢产物，属于单端孢霉烯B族化合物1。因为该种毒素可以引起猪产生呕吐症状，故又命名为呕吐毒素。DON的主要污染对象为小麦、玉米、燕麦等农副产品2-4，且容易引起动物的拒食反应，还具有免疫毒性、器官毒性、抑制蛋白合成和致畸性等毒性作用5-6。此外，DON具有很强的热稳定性，一般的食品加工和烹饪方法均不能破坏其毒 性7-8，对食品安全存在隐患。DON是粮食库中小麦等农副产品入库的必要检测指标之一。目前DON的测定方法主要有液相色谱-串联质谱（liquid chromatography-tandem mass spectrometry，LC-MS/MS）法9-10、高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）法11-12、薄层色谱（thin layer chromatography，TLC）法等13-14，这些方法虽然具有高准确性、高灵敏性、高选择性等优势，但所需设备昂贵、样品前处理繁琐，且需要专门的技术操作人员。酶联免疫检测法（enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）具有成本低、操作简便、灵敏度高、样品前处理简单等优势，但抗体与酶易变质，且存在非特异性反应、假阳性等问题15。因此，开发一种简单、灵敏、快速且准确性高的DON检测方法具有十分重要的意义。荧光分析方法是一种基于荧光信号探针的荧光强度对物质进行分析的方法，近年来被广泛应用于生物医学诊断16、环境检测17、食品安全检测18-20等方面。核酸适配体是利用指数富集的配体系统进化（systematic evolution of ligands by exponential enrichment，SELEX）技术从核酸分子文库中得到的一段寡聚核苷酸序列（DNA或RNA），它能与目标物质高特异性、高选择性地结合21。此外，核酸适配体还具有分子质量小、易于修饰功能性基团等特点，因此被广泛应用于生物传感器领域22。聚多巴胺纳米球（polydopamine nanospheres，PDANS）是一种由多巴胺在碱性条件下发生自聚集形成的类黑色素聚合物，具有良好的生物相容性和生物降解性。有研究表明PDANS对氨基甲基香豆素乙酸酯、6-羧基荧光素（6-carboxyfluorescein，FAM）、6-羧基四甲基罗丹明和Cy5具有优异的猝灭能力23。基于上述优点，研究者们利用PDANS作为猝灭剂设计了多种荧光适配体传感器用于对DNA、RNA、蛋白质、真菌毒素等物质进行检测24-28。然而，将基于PDANS的荧光适配体传感器用于食品中DON的检测鲜见报道。本研究利用PDANS材料高效的猝灭性能，结合核酸适配体的特异性识别能力，通过掺入Fe3提高PDANS对FAM的荧光共振能量转移（fluorescence resonance energy transfer，FRET）效率，从而提高PDANS对FAM的荧光猝灭效率，构建一种荧光适配体传感器用于DON的检测。该传感器设计简单、响应快速，可用于小麦中DON的定量