告别传统检测难题，新型生物传感器为抗生素残留检测带来新希望!

当今世界，抗生素的广泛应用如同一把双刃剑。一方面，它拯救了无数生命，治愈了众多疾病；另一方面，抗生素残留问题却悄然成为全球性的隐忧。从牲畜养殖到水产养殖，从食品加工到医疗废弃物处理，抗生素残留无处不在，它们悄然潜入我们的食物链，最终进入人体。长期摄入这些残留的抗生素，不仅可能引发过敏反应、破坏人体正常菌群平衡，更令人担忧的是，它还可能促使耐药菌株的产生，使人类面临无药可用的困境。同时，在环境中，抗生素残留也干扰着生态系统的正常运转，影响着微生物群落结构和生物多样性。传统的抗生素残留检测方法，往往因成本高昂、操作复杂、耗时过长而难以普及。这使得快速、准确、低成本的检测技术成为亟待解决的难题。正是在这样的背景下，我们迫切需要一种创新的检测手段，能够以低成本、高灵敏度、便捷操作的优势，为抗生素残留检测提供全新的解决方案，守护人类健康和生态环境的安全。

近日，浙江大学动物科学学院杨明英教授及其团队在Biosensors and Bioelectronics发表题为“Aptamer-free upconversion nanoparticle/silk biosensor system for low-cost and highly sensitive detection of antibiotic residues”的研究性论文。该研究成功构建的无Aptamer上转换纳米粒子/蚕丝生物传感器，凭借其低成本、高灵敏度、操作简便等显著优势，为抗生素残留检测领域带来了创新性的突破，有望在食品安全监测、环境保护以及医疗检测等多个关键领域得到广泛应用，为守护人类健康和生态环境安全提供有力的技术支持，开启了抗生素残留检测的新篇章。

文献基本信息

本研究旨在开发一种新型的无Aptamer上转换纳米粒子/蚕丝生物传感器系统，用于检测抗生素残留。首先，我们选择了具有独特光学性质的上转换纳米粒子作为关键材料，这些纳米粒子能够将低能量的近红外光转换为高能量的可见光，从而实现高灵敏度的检测。为了增强纳米粒子的稳定性和生物相容性，我们对其进行了表面修饰，使其更适合与生物基底材料结合。接着，我们选择了蚕丝作为生物传感器的基底材料，因其良好的生物相容性和可调节的孔隙结构，能够为纳米粒子提供稳定的支撑。通过精确控制蚕丝的处理工艺，包括浸泡时间、温度等参数，我们将上转换纳米粒子均匀地固定在蚕丝表面，成功构建了生物传感器的基本框架。在实验过程中，我们还优化了检测条件，如纳米粒子的浓度、检测时的温度和pH值等，以确保生物传感器在最佳状态下工作。

经过一系列的实验验证，该无Aptamer上转换纳米粒子/蚕丝生物传感器展现出了卓越的检测性能。实验结果表明，该生物传感器具有宽广的检测范围，能够覆盖从极低浓度到较高浓度的抗生素残留水平，确保了在不同应用场景下的适用性。更为重要的是，其检测限极低，达到了纳克级别，这意味着即使在抗生素残留量极少的情况下，也能够被精准地检测出来，极大地提高了检测的灵敏度和准确性。同时，该生物传感器对不同种类的抗生素具有高度的选择性，能够在复杂的样本基质中准确识别目标抗生素，避免了其他物质的干扰。此外，经过多次重复实验验证，该生物传感器还表现出良好的稳定性和重复性，多次检测结果的一致性极佳，这为其在实际检测中的可靠应用提供了坚实保障。这些结果表明，该生物传感器不仅在实验室环境中表现出色，还具有在实际应用中广泛推广的潜力，为抗生素残留检测提供了一种高效、低成本的新方法。

基于 FRET 效应的定量抗生素检测系统示意图

本研究所构建的无Aptamer上转换纳米粒子/蚕丝生物传感器系统，为抗生素残留的检测提供了一种新的有效方法。该系统具有低成本、高灵敏度、操作简便等优点，适合在资源有限的环境中使用，有望在食品安全检测、环境监测等领域得到广泛应用。

这项研究的启示在于，通过创新性地结合不同材料的特性，可以开发出性能更优的生物传感器。这为未来生物传感器的设计和开发提供了新的思路，即可以从材料的物理化学性质出发，寻找或设计出更适合特定检测需求的材料组合。同时，该研究也强调了跨学科合作的重要性，涉及材料科学、化学、生物学等多个领域，只有将不同学科的知识和技术相结合，才能更好地解决复杂的实际问题。此外，这也提醒我们在面对日益严峻的抗生素残留问题时，需要不断探索和创新检测技术，以保障人类健康和生态环境的安全。

参考文献：

Yajun Shuai, Na Li, Ying Zhang, et al. Aptamer-free upconversion nanoparticle/silk biosensor system for low-cost and highly sensitive detection of antibiotic residues. Biosensors and Bioelectronics 258 (2024) 116335. DOI:10.1016/j.bios.2024.116335.