基于增敏型上转换荧光纳米探针的微生物毒素检测新方法研究

Microbial toxin is one of the important food safety hazard factors. The research of microbial toxin determination is a core topic in food safety testing field. But the current existing methods are still low sensitive, weak specific and unstable, they can not satisfy the detection of microbial toxin in complex food matrix. Upconversion nanoparticles (UCNPs) is an excellent fluorescent nanoparticles label, which has good photochemical stability and can not be influence by auto-fluorescence of biological samples. The present study will focus on the research of the controllable synthesis of UCNPs with enrichment of luminescence through improving UCNPs host material, controlling synthesis conditions, and combining surface passivation and surface plasmon resonance (SPR) technology based on the luminescence mechanism of UCNPs. The molecular recognitions, such as antibodies, aptamers and sugar molecules, would be linked to UCNPs to form high sensitive and specific fluorescent nanoparticle probes, which would be applied to the development of universal detection methods for multiple microbial toxins in complex food matrix. The sensitized UCNPs would make a positive contribution to the sensitivity of detection method, the increasing stringent limited requirements of microbial toxin and the security of national health better.

微生物毒素是重要的食品安全危害因子之一，对于微生物毒素的检测方法研究一直是食品安全检测领域的重要命题。目前多数检测方法存在灵敏度低、特异性不强、稳定性差等问题，不能很好满足对于复杂食品基质中微生物毒素的检测。上转换荧光纳米材料具有光化学性能稳定、无生物自发荧光干扰等特点，是一种性能优异的荧光纳米标记物。因此本课题拟在剖析上转换荧光发光机制的理论基础上，通过改良上转换基质材料，控制合成条件，研究表面钝化，表面等离子共振等技术以提高上转换荧光量子产率，可控制备出荧光增敏型上转换荧光纳米颗粒，并与微生物毒素的抗体、核酸适配体、糖分子等生物识别分子偶联形成高灵敏、高特异性的上转换荧光纳米探针，最终构建共性检测方法，为复杂食品基质中多种微生物毒素的灵敏检测奠定基础。增敏型上转换材料将对检测方法灵敏度的进一步提高起到积极作用，更利于满足对微生物毒素日益严格的限量要求，更好的保障国民健康安全。

微生物毒素是微生物在生长繁殖过程中产生的一种次级代谢产物，会对粮食作物的产量和品质造成不可逆的损害，并对人体造成急性、慢性毒害作用。目前如何检测食品中的微生物毒素受到高度重视，但由于食品样品中基质成分复杂，干扰因素多，一些传统检测方法还存在灵敏度低、特异性不强、稳定性差等问题。随着纳米技术的发展，越来越多的纳米材料被作为标记物应用于食品中危害因子检测中。本研究通过改良上转换基质材料，控制合成条件，研究表面钝化，表面等离子共振等技术提高上转换荧光量子产率，制备得到荧光增敏型的上转换荧光纳米颗粒，并与微生物毒素的核酸适配体等生物识别分子偶联形成高灵敏、高特异性的上转换荧光纳米探针，最终构建基于红外激光诱导增敏型上转换荧光探针的检测新方法，用于对复杂食品基质中多种微生物毒素进行检测。. 目前，以高温热分解法制备得到NaYF4:Yb,Er(Tm)@NaYF4稀土掺杂上转换纳米粒子。外延型钝化修饰可以有效的提高上转换荧光强度，与NaYF4:Yb,Er(Tm)比较，荧光强度提高5-7倍左右。此外将金/银纳米颗粒通过化学键合、纳米材料自组装等方式组装到上转换纳米颗粒表面，当金纳米粒子与上转换颗粒的间距为5 nm时，使上转换荧光强度增强了4.4倍。利用氧化石墨烯辅助分离的SELEX筛选技术，分别得到对大田软海绵酸、微囊藻毒素-RR、棒曲霉毒素等具有高亲和力和特异性的适配体。在EDC/NHS的作用下进行缩合反应，使适配体与上转换荧光颗粒偶联形成检测探针。最终构建了基于上转换发光纳米探针荧光共振能量转移和磁分离技术的适配体传感器。对微囊藻毒素、大田软海绵酸、赭曲霉毒素等微生物毒素的检测灵敏度达到ng/L级。. 本研究首次提出了将上转换荧光纳米材料用于复杂食品基质中微生物毒素检测的设想，并研究从纳米尺度和分子水平上构建灵敏度高、稳定性好的检测新方法。本研究将对发展食品安全检测技术，保障食品安全起到一定程度的推动作用，同时也丰富了纳米材料在食品检测中的应用。