双模式可视化检测，碳点纳米材料增强侧流分析

酰胺醇类抗生素（APs）是一类广泛应用于畜牧业治疗的广谱抑菌抗生素，主要包括氯霉素（CAP）、甲砜霉素（TAP）和氟苯尼考（FF）。这类抗生素通过抑制肽链延伸和蛋白质合成，有效靶向革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌以及支原体、衣原体和立克次体等病原体。然而，长期食用含有高抗生素残留的动物产品会因积累效应导致人类出现严重的毒副作用。由于氯霉素对骨髓造血功能的有害影响，可能导致再生障碍性贫血等疾病，中国等多个国家已禁止其作为兽药使用。尽管如此，一些生产商仍在动物源性食品生产中非法使用CAP，导致CAP残留水平升高。虽然TAP和FF结构与CAP相似，但毒性较低，副作用较少。为保障人类健康并将副作用降至最低，中国规定鸡肉中TAP和FF的最大残留限量为50μg/kg和100μg/kg，欧盟委员会则设定为50μg/kg和50μg/kg。目前食品中CAP尚未制定最大残留限量，但欧盟食品安全局进行安全评估后设定了0.15μg/kg的行动参考点。因此，有效监测鸡肉中APs残留对确保食品安全和保护人类健康至关重要。

近年来，多种分析方法已用于鸡肉中APs的检测。免疫分析法依靠抗原和抗体的特异性识别，是快速现场监测动物源性食品安全的有效方法。其中，侧向流动免疫分析法（LFIA）因其经济性、便携性和操作简便性而受到广泛关注。然而，仅依赖单一检测模式存在灵敏度低和易受外部干扰等缺点。新型双信号输出LFIA通过互补和协同作用解决了这些局限性，在痕量检测中表现出卓越性能。荧光方法已被证明可提高分析研究的灵敏度和准确性，与比色技术形成互补。双读出模式结合了比色法的简便性和荧光法的精确性，且拥有双重非干扰信号可确保检测结果的可靠性和稳定性。尽管取得这些进展，传统比色荧光双读出方法使用荧光有机染料或重金属量子点作为荧光指示剂，存在稳定性差、量子产率低、合成条件不利和环境不友好等缺点，限制了其广泛应用。因此，探索具有增强性能的强化荧光材料将有助于开发具有强适用性的LFIA传感器。

研究内容

图1. 方案1。(a) SiO2/CDs@PDA的合成工艺及特性。(b) AuNPs与SiO2/CDs@PDA之间的性能比较。(c)用于APs检测的基于SiO₂/CDs@PDA的双读出LFIA示意图。CA为柠檬酸，AEAPMS为N-（β-氨基乙基）-γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷，TEOS为正硅酸四乙酯。

如Scheme 1a所示，以柠檬酸为碳源、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷为氮钝化剂合成硅烷功能化碳点（SiCDs），然后与正硅酸乙酯和氨水混合作为形成SiO2纳米颗粒的原材料。随后，DA-HCl自聚合在SiO2/CDs表面形成聚多巴胺（PDA）涂层，在保留荧光特性的同时增强材料的比色性能。通过简单的贻贝粘附机制制备免疫探针，无需额外修饰即可用于构建竞争式双读出LFIA检测APs。样品溶液与免疫探针混合后施加于样品垫，在吸收垫的毛细作用下在NC膜上迁移。免疫探针竞争性地与样品中APs或T线处的包被抗原结合，随着APs浓度增加，T线上的比色（灰黑色）和荧光（蓝色）信号逐渐减弱直至消失。未结合的免疫探针继续迁移至C线区域与羊抗鼠IgG结合形成C线，实现定性和定量分析。

图2. SiO2/CDs的表征。

通过TEM和AFM图像显示SiCDs平均直径约1.7nm，尺寸分布1.5-2nm，呈现优异的单分散性。XPS光谱显示SiCDs表面形成丰富的Si-OH和Si-O-CH3，量子产率达93.32%，60天内荧光强度保持稳定。SiO2/CDs的TEM和SEM图像显示其具有均匀分布的球形结构，平均直径约300nm。EDS元素映射表明C元素均匀分布在SiO2/CDs中，证实SiCDs成功封装于SiO2纳米球内。FTIR光谱显示SiO2/CDs中Si-O-Si键显著增强，荧光激发和发射光谱与SiCDs完全重叠，量子产率达81.26%，八批次变异系数3.6%，证明成功合成具有优异荧光强度的SiO2/CDs。

图3. 基于SiO2/CDs@PDA的双读出LFIA的检测性能

在最优条件下建立标准曲线，比色分析中CAP的vLOD和qLOD分别为0.8ng/mL和0.13ng/mL，荧光分析中分别为1.6ng/mL和0.01ng/mL。比色和荧光定量检测之间存在强线性关系（R²=0.993），证实双读出LFIA是通过双信号验证检测目标的准确稳定方法。与基于AuNPs的传统比色LFIA比较，双读出LFIA对CAP的qLOD在荧光模式和比色模式下分别比AuNPs-based LFIA提高71倍和5倍。与量子点聚苯乙烯纳米球基LFIA和ELISA比较，SiO2/CDs@PDA基LFIA的检测性能相当，表明SiO2/CDs可替代半导体量子点作为LFIA信号探针，实现等效检测能力。

图4. 基于SiO2/CDs@PDA的双读出LFIA的检测性能

建立CAP、TAP和FF在比色和荧光模式下的定量标准曲线，荧光读出模式线性范围0.31-15.64ng/g，比色模式1.58-6.81ng/g，荧光模式具有更宽的线性范围。比色模式vLOD为8ng/g，CAP、TAP和FF的qLOD分别为1.03、1.43和1.54ng/g；荧光模式vLOD为16ng/g，qLOD分别为0.10、0.48和0.78ng/g。五种其他分析物在浓度高达2000ng/g时未观察到显著荧光变化，交叉反应性小于0.8%。回收率88.58%-111.56%，变异系数小于14.53%，与LC-MS结果吻合良好。加速老化实验表明测试条在室温下可稳定储存至少三个月，批内批间变异系数小于5%，满足APs快速检测要求。

本研究成功合成了具有稳定高荧光强度的比色-荧光碳点纳米复合材料（SiO2/CDs@PDA）。PDA涂层通过贻贝启发的粘附、高偶联效率和增强的双信号输出（比色和荧光），开发出新型标记探针用于LFIA应用。利用其优异光学特性，双读出LFIA显示出比AuNPs基LFIA更低的qLOD和更宽的线性范围。荧光读出模式下APs的qLOD为0.1-0.78ng/g，对其他分析物的交叉反应性低于0.8%，回收率88.58%-111.56%，变异系数低于14.53%。测试条在室温下可稳定储存至少三个月，应用于鸡肉样品中三种APs的检测。该检测方法的特异性、准确性和稳定性满足快速检测方法的要求，为其他小分子检测提供了有前景的工具。尽管取得鼓舞人心的结果，双读出LFIA的实际应用和商业化仍需进一步发展。未来研究将探索微波辅助法等快速合成方法缩短探针制备时间，并开发具有红色或近红外发射的SiCDs和SiCDs纳米复合材料，以进一步提高LFIA的检测性能。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2025.146398