智能检测与吸附：基于智能手机的黄曲霉毒素B1检测平台

原创

来源：曹璐璐

2025-04-18 10:52:33

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核心提示：本研究成功开发了一种基于智能手机的比率荧光探针平台，用于AFB1的在线定量检测。

引言

食品安全是全球关注的重大问题，尤其是在人口众多的国家，如中国。每年约有25%的世界粮食作物受到真菌毒素的污染，导致每年损失约10亿吨粮食，严重影响了我们的粮食供应。黄曲霉毒素B1（AFB1）是最常见且危害最大的真菌毒素之一，具有严重的致畸性、致癌性和致突变性。为了保障食品安全和公众健康，开发一种灵敏、高效、便携的AFB1在线检测和吸附平台显得尤为迫切。然而，传统的检测方法如高效液相色谱（HPLC）、液相色谱-质谱联用（LC-MS）、酶联免疫吸附试验（ELISA）和电化学传感器等，虽然灵敏度和精确度较高，但在实施过程中存在需要专业人员操作、设备昂贵且体积庞大、抗体准备周期长等问题。此外，AFB1在某些物理和化学处理条件下具有高稳定性，即使在高温食品加工过程中也能存活，因此防止其进入食品供应链非常困难。虽然可以通过辐射降解、阳离子粘土和生物降解等方法去除或吸附AFB1，但这些方法成本高、处理时间长，且容易损坏食品中的其他成分。因此，亟需一种绿色、简便的方法来同时检测和吸附AFB1。

研究背景与意义

荧光传感器因其快速反应、使用方便和易于视觉分析等优点，在AFB1检测方面受到广泛关注。金属-有机框架（MOFs）作为一种新型化学传感器，具有丰富的功能基团、可调的孔结构和长的发光寿命等特点，能够通过主客体相互作用直接检测AFB1。然而，这些荧光传感器通常通过改变单一信号来响应分析物，容易受到背景、仪器和环境干扰的影响。为了克服这些问题，比率荧光传感器被设计出来，它们通过颜色变化而非亮度变化来响应分析物。三(2,2'-联吡啶)钌(II)（Ru(bpy)₃]²⁺）具有稳定的红色荧光、大的斯托克斯位移、高的光稳定性和化学稳定性，是比率荧光传感器中理想的参考信号。此外，通过智能手机辅助的荧光检测技术，可以实现对食品中AFB1残留的快速识别。然而，将智能手机与固态比率荧光传感器集成用于AFB1的在线定量分析仍需进一步改进。电纺丝是一种先进的纺丝技术，通过纳米纤维的随机堆叠制造新型固态多孔薄膜。此外，使用聚合物基体可以提高MOF粉末的加工稳定性和适用性。通过使用纳米纤维薄膜，可以实现比滤纸、聚四氟乙烯（PTFE）纸、硝酸纤维素纤维纸等更均匀的探针分布和更高的负载稳定性，因为它们具有高孔隙率、大表面积等特性。此外，电纺丝薄膜已成功应用于吸附脱硫和废水分离，因其灵活的结构、低成本和环境友好性，也为研究真菌毒素的吸附奠定了基础。因此，本研究旨在开发一种比率荧光传感平台，用于同时检测和吸附AFB1。

研究方法与实验设计

本研究首先通过简单的搅拌过程将红色发射的[Ru(bpy)₃]²⁺封装到多孔MOF中，合成了比率荧光探针MOF@Ru。在引入AFB1后，MOF与AFB1之间的相互作用增强了蓝色荧光，而[Ru(bpy)₃]²⁺的红色荧光相对稳定，荧光颜色逐渐从红色变为蓝色。因此，增强的蓝色荧光和稳定的红色荧光分别作为AFB1检测的响应信号和参考信号。荧光响应比（F₄₂₇/F₆₀₉）与AFB1浓度在0.0-40.0 μM范围内呈良好的线性关系，检测限低至3.05 ppb。为了便于现场视觉检测，将MOF基比率探针与聚丙烯腈（PAN）混合，制备电纺丝薄膜，提高了MOF粉末的加工和适用性。接下来，利用便携式智能手机开发了一种在线传感平台，用于AFB1的视觉和实时检测。通过智能手机上的“ColorDesk”应用程序自动提取图像的RGB通道值，观察到红色（R）通道与蓝色（B）通道的比值（R/B）与AFB1浓度之间存在线性关系，检测限为5.51 ppb。此外，由于氢键和静电吸引，电纺丝薄膜被观察到能够吸附实际食品样品中的AFB1，AFB1去除率达到60%，经液相色谱确认，显示出良好的实际应用前景。

关键结论与发现

本研究成功开发了一种基于智能手机的比率荧光探针平台，用于AFB1的在线定量检测。该平台具有优异的选择性和灵敏度，能够在AFB1存在时，通过MOF与AFB1之间的相互作用，使蓝色荧光强度在427 nm处逐渐增强，而红色荧光强度在607 nm处保持稳定，荧光颜色从红色变为蓝色，便于肉眼区分。此外，MOF@Ru探针对AFB1的检测限为3.05 ppb。MOF@Ru基电纺丝薄膜还被有效地用于简单和视觉AFB1检测，利用智能手机进行检测。在AFB1掺假花生样品中，水相MOF@Ru探针和固态电纺丝薄膜均被用于检测，取得了满意的结果。MOF@Ru/PAN NFs作为低成本多功能吸附剂，在30分钟内AFB1去除效率达到60%，证实了其高实际应用潜力。因此，本研究为基于荧光分析的便携式食品安全监测设备的开发提供了新的见解。

结论与展望

综上所述，本研究开发了一种基于智能手机的比率荧光探针平台，用于AFB1的在线监测。该平台具有优异的选择性和灵敏度，能够在AFB1存在时，通过MOF与AFB1之间的相互作用，使蓝色荧光强度在427 nm处逐渐增强，而红色荧光强度在607 nm处保持稳定，荧光颜色从红色变为蓝色，便于肉眼区分。此外，MOF@Ru基电纺丝薄膜还被有效地用于简单和视觉AFB1检测，利用智能手机进行检测。在AFB1掺假花生样品中，水相MOF@Ru探针和固态电纺丝薄膜均被用于检测，取得了满意的结果。MOF@Ru/PAN NFs作为低成本多功能吸附剂，在30分钟内AFB1去除效率达到60%，证实了其高实际应用潜力。本研究为基于荧光分析的便携式食品安全监测设备的开发提供了新的见解，具有广阔的应用前景。未来的研究可以进一步优化该平台的性能，提高其检测灵敏度和稳定性，拓展其在其他食品安全领域的应用。