双金属纳米酶-生物酶混合材料介导的食品中黄曲霉毒素B1超灵敏自动免疫分析

引言

AFB1是一种广泛存在于农作物和饲料中的高毒性真菌毒素,对人体健康造成严重危害。AFB1可导致肝细胞癌、免疫系统失调、营养障碍等多种严重后果,给人类生命健康和经济发展带来巨大威胁。现有的ELISA检测方法操作复杂、灵敏度有限,难以满足食品安全领域对快速、高准确性检测的需求。因此,迫切需要开发新型检测技术,提高AFB1检测的灵敏度和自动化水平。

近年来,随着自动化和电子技术的发展,各种新型检测方法为提高ELISA性能提供了新思路。自动化检测可降低操作难度、减少人工成本,提高分析效率。目前市面上已有一些自动ELISA反应设备,但其结构复杂、价格昂贵,限制了广泛应用。因此,开发一种更加经济高效的自动反应设备,结合先进的信号放大技术,对实现AFB1的快速、灵敏检测至关重要。

作为一种新兴的仿生催化剂,纳米酶凭借其优异的催化性能、生物相容性和成本优势,成为替代天然酶的强有力竞争者。其中,贵金属纳米酶由于出色的催化活性备受关注,在生物检测领域展现了巨大潜力。但小尺寸的贵金属纳米酶易聚集,影响催化活性。将其原位合成在载体上是一种行之有效的解决方案。

本文设计了一种基于自动化设备和双金属纳米酶-生物酶杂化材料的高通量免疫分析方法(Auto-NEISA),实现了对AFB1的高灵敏、高准确检测。该方法采用自制的圆柱形PS免疫载体,结合Pt-Pd纳米酶与HRP-标记抗体的杂化探针,通过自动化设备实现免疫反应的自动化操作。相比传统ELISA,Auto-NEISA大幅提高了检测灵敏度和分析效率,为食品安全领域的快速检测提供了新方案。

结果与讨论

1. 自动化免疫反应设备的开发

为实现免疫反应的全自动化,作者自主研发了一套基于PLC控制的自动化反应设备。该设备由电机驱动、触摸屏、液体加注等模块组成,可精确控制PS免疫载体的移动和各种液体的自动加注,取代繁琐的手工操作。整个检测过程仅需将PS免疫载体放入相应反应溶液或洗涤溶液中即可,大大简化了操作流程,提高了分析效率。

2. 双金属纳米酶-生物酶杂化探针的构建

为提高检测信号,设计制备了PS@Pt-Pd@HRP-Ab₂复合探针。首先,通过原位还原法将Pt和Pd双金属纳米颗粒固定在PS微球表面,形成PS@Pt-Pd纳米酶。该方法可有效克服贵金属纳米酶易聚集的问题,保持其优异的催化活性。随后,将HRP标记的二抗(HRP-Ab₂)共价键合到PS@Pt-Pd表面,构建出具有多重信号放大效果的杂化探针。SEM、EDS、DLS等表征结果证明,Pt-Pd纳米颗粒成功负载于PS微球,并与HRP-Ab₂结合形成复合探针。

3. Auto-NEISA方法的性能评价

Auto-NEISA方法检出限仅为5.52 pg/mL,线性范围达到10-10⁴ pg/mL,远优于传统ELISA的检测性能。针对实际食品样品的检测,Auto-NEISA结果与HPLC-MS分析一致,表明该方法具有出色的准确性和实用性。尤其是在复杂基质中也能准确检测痕量AFB1,充分体现了其高灵敏度的优势。

此外,Auto-NEISA还具有操作简单、分析快速的特点。整个检测过程可在自动化设备上实现全自动完成,避免了ELISA繁琐的手工操作,大大提高了检测效率。相比市面上的自动ELISA设备,Auto-NEISA采用自制的经济型设备,降低了仪器成本,有利于在食品安全领域的广泛应用。

结论

综上所述,本文成功研发了一种基于自动化设备和纳米酶-生物酶杂化材料的高通量免疫分析法Auto-NEISA,实现了对AFB1的超灵敏检测。该方法简化了操作流程,大幅提高了检测效率和准确性,为食品安全领域的快速检测提供了新方案。未来,我们还可进一步拓展该技术至其他食品污染物的检测,其应用前景广阔。

参考文献

Zhao, Y.; Wang, X.; Pan, S.; Hong, F.; Lu, P.; Hu, X.; Jiang, F.; Wu, L.; Chen, Y., Bimetallic nanozyme–bioenzyme hybrid material-mediated ultrasensitive and automatic immunoassay for the detection of aflatoxin B1 in food. Biosens. Bioelectron. 2024, 248, 115992.