基于納米熒光探針的四環素快速檢測方法研究進展

鄢之雨　周帥　姚志軼

摘 要：四環素（tetracycline，TC）是一種重要的廣譜抗生素，作為常用的獸藥，TC可加速畜禽成長，預防疾病發生。但是在未合理應用的情況下，TC可能會殘留在動物源性食物中，存在諸多潛在危害。快速且準確地檢測TC及其殘留物是保證食品基質安全、有效的重要手段。近年來，基于納米熒光探針的TC快速檢測方法因其可用于復雜食品基質的監測和可視化分析，具有靈敏度高、選擇性強、檢測效率高等優點而受到廣泛關注。本文主要對較為常見的納米熒光探針進行分類，總結和評述近年來檢測TC的熒光快速檢測方法，并對其發展方向進行展望，以期為建立精準測定復雜食品基質中TC含量的方法提供參考。

關鍵詞：納米熒光探針；快速檢測；四環素；量子點；貴金屬納米團簇；金屬有機框架

Research Progress in Rapid Detection of Tetracycline Using Fluorescent Nanoprobes

YAN Zhiyu， ZHOU Shuai， YAO Zhiyi*

（Beijing Laboratory of Food Quality and Safety， College of Food Science and Nutritional Engineering，

China Agricultural University， Beijing 100083， China）

Abstract： Tetracycline （TC） is an important broad-spectrum antibiotic. As a commonly used veterinary drug， TC can accelerate the growth of livestock and poultry and prevent the occurrence of diseases. However， when unreasonably applied， TC may remain in animal-derived food， posing many potential hazards. Rapid and accurate detection of TC and its residues is an important tool to ensure the safety and effectiveness of food matrices. In recent years， fluorescence nanoprobes have been used for the monitoring and visual analysis of complex food matrices， which have sparked widespread attention due to their high sensitivity， strong selectivity and high detection efficiency. This paper classifies the common fluorescent nanoprobes， summarizes and reviews rapid fluorescent methods that have been recently developed for the detection of TC， and discusses future directions in this field. It is expected that this paper will provide a reference for the establishment of methods for the accurate determination of TC content in complex food matrices.

Keywords： fluorescent nanoprobe; rapid detection; tetracycline; quantum dots; noble metal nanoclusters; metal-organic frameworks

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20230317-021

中圖分類號：TS207.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2023）07-0060-11

引文格式：

鄢之雨， 周帥， 姚志軼. 基于納米熒光探針的四環素快速檢測方法研究進展[J]. 肉類研究， 2023， 37（7）： 60-70. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20230317-021.? ? http：//www.rlyj.net.cn

YAN Zhiyu， ZHOU Shuai， YAO Zhiyi. Research progress in rapid detection of tetracycline using fluorescent nanoprobes[J]. Meat Research， 2023， 37（7）： 60-70. （in Chinese with English abstract） DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20230317-021.? ??http：//www.rlyj.net.cn

四環素類抗生素于20世紀40年代末被發現，在20世紀60—70年代即被廣泛應用。四環素類抗生素中四環素（tetracycline，TC）、金霉素（chlorotetracycline，CTC）和土霉素（oxytetracycline，OXY）具有廣譜、經濟、使用方便等特點，為獸醫臨床所常用。

TC是一種酸堿兩性化合物，分子結構中存在酚羥基、烯醇羥基、二甲氨基等基團（圖1）[1]，是一種價格低廉、用途廣泛的廣譜抗生素[2]，抗菌能力強、效果好。TC作為常用的獸藥，可加速畜禽生長、預防疾病發生，在養殖中被廣泛應用[3-4]。然而，TC很難被自然降解[5-6]，若未合理應用可能殘留在環境和食品中[7-8]，通過食物鏈到達人體，從而對健康構成威脅。例如，TC可能會誘發過敏反應；TC和鈣結合生成的黃色復合物會沉積在牙冠上，使牙齒著色，形成四環素牙[9]；TC在肝臟中聚集，會影響正常代謝能力[10]，嚴重時會導致癌癥。故開發四環素類抗生素檢測方法在保障人類健康領域意義重大。

為了遏制四環素類抗生素濫用的現象，2020年我國農業農村部發布公告，禁止把CTC、OXY用作飼料添加劑[11]；GB 31650—2019《食品安全國家標準 食品中獸藥最大殘留限量》中明確規定四環素類抗生素在畜產品中使用時應制定最大殘留限量。比較分析我國與歐盟和食品中獸藥殘留分法典委員會（Codex Committee on Residues of Veterinary Drugs in Foods，CCRVDF）等不同標準中不同種類動物源性食品中TC限量，結果發現我國與歐盟標準較為接近，與CCRVDF標準存在較大差異，如表1所示。

目前已開發出TC的多種檢測方法。傳統TC檢測方法有比色法[18]、酶聯免疫法[19-20]、微生物法、層析法、薄層色譜法[21]、高效液相色譜法[21-22]、色譜-質譜聯用法[23]及毛細管電泳法[24]等，這些方法已十分成熟。其中，比色法和酶聯免疫法檢測效率高，但靈敏度較低，且需對樣品進行預處理[25]；微生物法檢測成本低、檢測范圍廣，但檢測周期長；高效液相色譜法與色譜-質譜聯用法選擇性強，但檢測費時、設備昂貴；毛細管電泳法檢測效率高、對樣品影響小，但同時也存在體系毒性大等缺點。

為了更高效地檢測TC，研究者們開始關注熒光探針技術。熒光探針技術是一種利用探針化合物的光特性檢測目標分子的方法，本質是通過體系熒光信號的變化來檢測分析物。TC與熒光探針之間存在相互作用，基于不同相互作用可構建出不同檢測方法，如熒光增強法、熒光猝滅法及比率熒光法[4]。相較于其他檢測方法，熒光檢測方法靈敏度高、選擇性強、檢測時間短。納米熒光探針的熒光強度高、光穩定性好，具有小直徑效應，這些優勢有助于其實現對TC的檢測。

納米熒光材料在包括TC在內的獸藥殘留檢測中已有廣泛應用。孟麗華等[26]綜述2017年前水產品中TC殘留的前處理方法及儀器檢測方法等研究進展，同時詳細介紹TC對漁業環境的影響，為漁業水質中四環素類抗生素殘留檢測方法的開發及限量標準的制定提供了重要參考。池思婷等[4]綜述2020年前基于納米材料對TC的光學傳感檢測方法，包括比色法、表面增強拉曼光譜法、熒光檢測法、電致化學發光法，并重點討論了基于熒光分析法檢測TC的研究進展，對TC光學傳感器的發展方向進行了展望。隨著科技的進步，2021—2023年納米熒光材料得到了快速發展，因此本文對近年來的研究進展進行進一步的補充綜述。

本文對常見的納米熒光探針進行分類，著重概述基于納米熒光探針的TC快速檢測方法及其在食品基質中的應用，并對TC熒光快速檢測的發展方向進行展望，以期為建立靈敏、快速的食品體系中TC檢測方法提供參考與借鑒。

1 基于量子點（quantum dots，QDs）的檢測方法

隨著納米科技的不斷發展革新，研究人員相繼研發出多種形貌、直徑各異的納米材料，其中，QDs性能優異[27]。QDs又稱為半導體納米晶[28]，是粒徑為1～10 nm的零維納米半導體材料，具有與天然原子與分子較為相似的限制電子及電子空穴的特性[29-30]。QDs能夠發射特定頻率的光，發光頻率會受到材料直徑的影響，因而通過調節QDs材料的直徑就可以控制其發光頻率。與其他納米材料比較而言，QDs具有較高的量子產率、較窄且可調協的光致發光特性[31-32]，因而在食品檢測領域[33-34]已獲得廣泛的研究與應用。

1.1 碳量子點（carbon quantum dots，CQDs）

CQDs是一種新型熒光納米碳材料，平均粒徑在10 nm以下[35]，在水中均勻分散，表面有豐富的氨基、羧基和羥基。由于CQDs表面富含羰基，當CQDs與TC相互作用時，熒光內濾效應（inner filter effect，IFE）使CQDs的熒光被TC所猝滅，從而導致CQDs內部熒光的變化。IFE是指當熒光體濃度較大或與其他吸光物質共存時，由于熒光體或其他吸光物質對于激發光或發射光的吸收而導致熒光減弱的現象[36]。2004年，在單壁碳納米管分離純化過程中，Xu Xiaoyou等[37]發現了CQDs，自此關于CQDs的研究蓬勃發展。作為新型納米熒光探針，CQDs無光漂白現象，具有優良的光學性能、較低的生物毒性、較長的熒光壽命、優異的生物相容性、較低的制備成本、易于修飾的表面、較高的熒光強度、較強的光穩定性等優點[38-39]，在食品檢測等領域已得到廣泛應用。

曹媛媛等[40]研究發現，在5 min內四環素類抗生素即可猝滅CQDs的熒光，且猝滅率與四環素類抗生素濃度在0.5～30.0 μmol/L和30～90 μmol/L范圍內分別呈現較好的線性關系，并得到其檢測限（limit of detection，LOD）為0.36 μmol/L。結果顯示，食品基質中存在干擾時，CQDs也可以特異性檢測四環素類抗生素，其選擇性與靈敏度良好。在實際應用方面，在雞蛋、牛乳、雞肉等食品基質的加標檢測實驗中，CQDs顯示出回收率較高、重復性良好的優點，另外因其操作簡便、環境友好、靈敏度高、選擇性好、檢測效率高的優勢，常作為一種納米熒光探針被廣泛應用。

表面鈍化或摻雜亦可以進一步改善CQDs的性能。李義梅等[41]通過一步水熱法制備得到氮摻雜碳量子點（nitrogen-doped carbon quantum dots，N-CQDs）。研究表明，在KH2PO4-NaOH緩沖溶液中，N-CQDs發出的熒光可被TC強烈猝滅，且N-CQDs的熒光猝滅強度與TC濃度在1.6～16.0 μmol/L和16～100 μmol/L時均顯示出比較理想的線性響應關系，LOD為0.45 μmol/L。該研究構建了一種利用N-CQDs對TC進行快速檢測的方法，將該檢測方法應用于測定四環素片中的TC含量，得到了理想的回收率，為98.4%～102.0%。Fan Yao等[42]建立了一種基于S，N摻雜碳量子點（sulfur， nitrogen-doped carbon quantum dots，S，N-CQDs）的新型熒光探針，可用于快速檢測四環素類抗生素（圖2）。通過IFE，QDs熒光可以被四環素類抗生素有效猝滅。在最佳條件下，TC濃度在1.88～60.00 μmol/L與S，N-CQDs熒光強度的變化具有良好的線性關系，LOD為0.56 μmol/L。此外，此檢測方法可用于快速、準確地量化牛乳、蜂蜜和自來水中的四環素類抗生素殘留量，回收率為93.61%～102.31%。

1.2 二硫化鉬量子點（molybdenum disulfide quantum dots，MoS2 QDs）

二硫化鉬（molybdenum disulfide，MoS2）是一種過渡金屬硫族化合物，具有類石墨烯結構，是一種間接帶隙材料，具有優異的化學穩定性。單層MoS2由硫-鉬-硫3 層原子依靠較弱的范德華力結合，當其尺寸小于10 nm時被稱為MoS2 QDs。因MoS2 QDs具有許多與量子約束和邊緣效應相關的新光學性質[41]，其在熒光檢測領域具有一定應用潛力。

Wang Zhuosen等[43]以谷胱甘肽和L-半胱氨酸作為硫前體，通過水熱法開發了發光的MoS2 QDs。TC存在時MoS2 QDs的發射強度顯著降低，即TC誘導了MoS2 QDs的熒光猝滅，在365 nm波長光激發下人眼可以清楚捕捉到體系熒光的變化。TC濃度1～100 μmol/L時實驗得到良好的線性相關性，LOD為7.86 μmol/L。Jia Pei等[44]通過環境水熱反應，以鉬酸鈉（Na2MoO4·2H2O）和谷胱甘肽為前體，制備出發射藍色熒光的二硫化鉬納米材料（molybdenum disulfide nanoplates，MoS2 NPs），之后基于MoS2 NPs構建了一種檢測TC的新型猝滅熒光傳感器（圖3）。對比已有的報道，該研究提供了一種切實可行的合成途徑，所制備的MoS2 NPs分散性好、貯藏穩定性好、量子產率高。在加入TC后，MoS2 NPs有明顯的熒光猝滅，這是由于TC和MoS2 NPs之間IFE和光誘導電子轉移（photoinduced electron transfer，PET）的協同作用。研究結果表明，MoS2 NPs的熒光比（F0/F）在0～50 μmol/L與TC濃度呈線性關系。該TC檢測策略表現出操作簡單、LOD低、特異性強、選擇性強的優勢，基于上述優勢，該熒光探針已被很好地應用于檢測實際樣品，在加標牛乳、乳粉和牛肌肉樣品中的LOD低至0.032 μmol/L，回收率為88.46%～108.62%。

Liang Nini等[45]開發了一種用于檢測TC的雙信號熒光探針，體系重復性和穩定性良好。實驗合成了具有藍色熒光的MoS2 QDs和具有黃色熒光的碲化鎘量子點（cadmium telluride quantum dots，CdTe QDs），建立了基于MoS2/CdTe QDs的熒光探針，體系在433 nm和573 nm波長處有2 個熒光發射峰。隨著TC的加入，MoS2/CdTe QDs的熒光被PET所猝滅，CdTe QDs的熒光比MoS2 QDs猝滅得更明顯。PET是指在光的誘導下，電子進行分子內或分子間轉移的現象。當入射光照射探針分子，由于電子從供體轉移到激發態熒光團，供體分子不發射或僅發射微弱熒光。當探針與分析物結合后，光誘導的電子轉移被阻斷，熒光團就會恢復熒光發射。實驗在0.1～1.0 μmol/L的TC濃度與體系在573 nm和433 nm波長處的熒光強度比之間建立了校準曲線。此外，該雙信號傳感器被應用于牛乳樣品中，TC檢測回收率為95.53%～104.22%，相對標準偏差（relative standard deviation，RSD）＜5%，顯示出較大的應用潛力。

1.3 硅量子點（silicon quantum dots，SiQDs）

Liu Zhenping等[46]制備了一種基于SiQDs的新型快速靈敏熒光探針，可用于選擇性檢測TC殘留物。實驗通過簡便的單鍋無溶劑法制備了SiQDs。在水溶液中，Cu2＋和SiQDs復合，SiQDs的熒光在一定程度上被猝滅。四環素類抗生素可以在早期與Cu2＋結合并防止SiQDs熒光猝滅，因此體系可以實現對四環素類抗生素的定量篩選，并且對四環素類抗生素具有高度選擇性。以CTC為代表，在優化條件下，CTC濃度在11.32～1 086.72 nmol/L時呈現理想的線性響應，對CTC的LOD為0.92 nmol/L。該探針已被成功地應用于加標蜂蜜樣品中CTC和實際蜂蜜樣品中四環素類抗生素的測定，結果表明，該探針的選擇性、重現性和穩定性良好，可以成為用于四環素類抗生素分析的有前途的傳感平臺。

1.4 氮化硼量子點（boron nitride quantum dots，BNQDs）

為實現對于四環素類抗生素的檢測，賈珮等[47]基于BNQDs和銪離子（Eu3＋）構建了一種比率熒光檢測體系。比率熒光探針通常有2 個不同的熒光發射波長，以同樣環境下測定的2 個波長處熒光強度的比值作為信號參量，通過2 個發射波長的自校準抵消因環境、樣品本身及儀器設備等因素引起的數據失真，從而消除背景干擾，減小測試誤差，得到更準確的結果[48]，這種檢測體系即為比率熒光檢測體系。賈珮等[47]通過水熱法合成BNQDs，合成原料為硼酸和尿素。稀土金屬-有機框架中有機配體的生色團通過配體到金屬中心的能量傳遞來調節電子能量躍遷，從而引起強烈的熒光發射，這種現象稱之為天線效應（antenna effect，AE）。由于IFE與AE 2 種原理具有協同作用，當向BNQDs-Eu3＋的混合體系中加入四環素類抗生素時，BNQDs的藍色熒光猝滅，而Eu3＋的紅色熒光增強。該體系對TC、OXY和多西環素（doxycycline，DOX）的LOD分別為0.019、0.104、0.028 μmol/L。將該檢測體系應用到牛乳和牛肉等實際樣品中，檢測性能良好。

1.5 氧化鎢量子點（tungsten oxide quantum dots，WxOy QDs）

Wang Xin等[49]通過自下而上的化學合成策略成功制備了新型WxOy QDs熒光納米探針，該探針在365 nm紫外光下呈現出強烈的藍色熒光。加入TC后，WxOy QDs的藍色熒光被猝滅，推測該現象是由于熒光納米探針與TC分子的萘基骨架之間發生了隨機碰撞和相互作用，從而產生了IFE、熒光共振能量轉移（fluorescence resonance energy transfer，FRET）效應和PET協同作用。WxOy QDs熒光納米探針被證實具有毒性低、穩定性高、熒光響應強和水分散性優良的優點，可用于檢測食品樣品中的TC，其定量限（limit of quantitation，LOQ）和LOD分別為0.064、0.019 μmol/L。與已有研究相比，該方法的LOD較低，檢測范圍具有可比性，可廣泛應用于測定動物源性食品中的TC含量。此外，實驗將構建出的探針用于檢測牛乳和乳粉中的TC，得到了良好的回收率。

1.6 鈣鈦礦量子點（perovskite quantum dots，PQDs）

PQDs是一種無機半導體納米晶體，通常用結構通式ABX3表示，其中，A通常代表一價陽離子（如Cs＋、Rb＋、CH3NH3＋等），B通常代表二價金屬陽離子（如Pb2＋、Sn2＋、Mn2＋、Ge2＋等），X則通常為負一價鹵素離子（如Cl－、Br－、I－等）。作為納米熒光探針，PQDs具有低LOD、現象易于觀察的優點，在食品分析領域具有巨大的應用潛力，近幾年已有許多研究人員致力于將其應用到食品分析領域。

Xu Jun等[50]在過氧化物納米晶體CsPbBr3@Cs4PbBr6中摻入Eu絡合物，制備出一種新型熒光傳感器，該傳感器在復雜體系中對TC的識別能力強，抗干擾能力好。當實際環境中存在殘留的TC時，TC可以與Eu結合，通過AE激發616 nm的紅色熒光。同時，由于PET效應，鈣鈦礦本身的熒光也會逐漸減弱。因此，可選擇該傳感器作為參考信號來實現TC的多色熒光感應。與常見的單一熒光信號分析方法相比，鈣鈦礦-稀土混合納米探針具有豐富的熒光顏色變化，可以顯著提高視覺評估的分辨率。該研究結果表明，在0～5、5～25 μmol/L的線性區間內，TC的添加量與616、520 nm波長處的熒光特征峰強度比呈現良好的正相關性，LOD為12.1 nmol/L。此外，該研究還進一步設計了一種可實現TC快速視覺檢測的便攜式可穿戴設備，并將其成功應用于蘋果樣品檢測。

1.7 半導體量子點

Han Lei等[51]設計了一種比率熒光檢測方法，使用類石墨相氮化碳（graphitic carbon nitride，g-C3N4）納米片與Eu3＋耦合來檢測TC（圖4）。在該檢測方法中，Eu3＋與g-C3N4納米片都可以與TC發生相互作用，g-C3N4納米片的藍色熒光可以基于IFE原理而被TC猝滅，Eu3＋的紅色熒光可以基于AE原理被TC增強。由TC引起的AE和IFE的協同效應使得檢測體系顏色有明顯的從藍到紅的轉變，對TC濃度顯示出0.25～80.00 μmol/L的寬線性范圍，LOD為6.5 nmol/L。該方法已成功應用于實際牛乳基質中。鑒于該方法具有易于操作、選擇性好、靈敏度高和顏色變化可識別等優點，為對TC進行可視化的檢測，該研究開發出一款包括智能手機和基于試紙的檢測兩方面的醫療點檢測系統，這種集成的做法大大提高了檢測效率，為TC的現場定性鑒別和半定量檢測提供了一種有前景的思路。

以上各種量子點熒光檢測體系均實現了水溶液體系中的TC檢測，通過肉眼即可觀察到體系顯著的熒光顏色變化，有效實現了TC檢測。但由于QDs本身具有不穩定性[52]，因此其檢測方法有待于進一步深入研究。大多數QDs已被證實存在干擾時對TC的特異性較強，但也有少數QDs只能對四環素類抗生素中的某些抗生素進行特異性檢測。值得一提的是，基于BNQDs的比率熒光檢測體系對四環素類抗生素中TC、OXY和DOX具有良好的選擇性。因此，綜合來看在后續研究中可以進一步思考如何實現不同四環素類抗生素的高選擇性檢測。

2 基于貴金屬納米團簇的檢測方法

貴金屬納米團簇[53]是由少量至數十個金屬原子（如Au、Ag或Pt）聚集而成的一種熒光和水溶性較好的分子聚集體，大小和費米波長相近，大多表現出和半導體相似的性質，能產生特殊的能級分離，亦可在某一波長的激發作用下發出熒光。貴金屬納米團簇檢測TC的原理為金屬熒光增強（metal-enhanced fluorescence，MEF）。MEF是一種熒光基團在金屬納米粒子表面附近發生熒光增強的現象。目前已有許多文獻使用金屬納米團簇來進行熒光分析，在這些納米團簇中，由于金納米團簇是由幾個到幾十個金原子組成的，直徑較小，一般不超過2 nm，其接近電子在費米能級的德布羅意波長，從而引發強烈的量子直徑效應，使其呈現出比較優異的熒光性能[54]，從而更容易產生MEF。與傳統熒光探針相比，貴金屬納米團簇制備簡便，具有特殊的物理與化學性質，可作為熒光探針被廣泛用于食品檢測，近年來受到廣泛關注。

2.1 金納米團簇（gold nanoclusters，AuNCs）

AuNCs與傳統的、大直徑且帶有等離子體共振效應的金納米顆粒（aurum nanoparticles，AuNPs）相比，在特定波長光線激發下會發出更強的熒光，表現出更優異的光致發光特性、生物相容性及易修飾表面等，在食品檢測領域得到了廣泛應用。使用不同制備材料或制備方法可獲得不同類型AuNCs，由于AuNCs直徑較小，各種類型之間的區別一般表現在熒光特性上。單一AuNCs在實際中的應用受到一定限制，為擴大AuNCs應用領域、豐富AuNCs使用功能，AuNCs也可通過和其他納米材料組裝或綴合來獲得性能優異的熒光納米復合探針[45]。

Albanese等[55]以蛋白質、氨基酸、DNA序列為模板分別合成了具有較好發光性能的AuNCs，再在四環素-銪（europium tetracycline，EuTC）中添加來自不同模板的AuNCs，結果顯示，EuTC熒光強度發生了一定增強。為了進一步研究這些分子之間的相互作用對熒光特性的影響，實驗利用單鏈DNA為模板合成AuNCs，并發現其熒光增強效果最明顯，由此構建了以EuTC為載體、AuNCs為熒光增強劑的檢測體系。利用該熒光增強系統對TC進行分析檢測，增強后熒光強度與TC濃度在10 nmol/L～5 μmol/L呈線性關系，LOD達到4 nmol/L。本方法具有靈敏度高、選擇性強、檢測效率高等特點，已成功應用于牛乳中TC含量的測定。

Yang Xiaoming等[56]在AuNCs和Eu3＋-TC復合物（Eu3＋-tetracycline complex，Eu3＋-TC）基礎上建立了一種熒光增強系統。為了探索可能影響該系統的各種條件，采用3 種類型的AuNCs，結果表明，除了DNA置換的AuNCs外，其他AuNCs均不能引起EuTC的熒光增強，這種DNA置換的AuNCs的檢測范圍為0.01～5.00 μmol/L，LOD為4 nmol/L。此外，該方法已被成功應用于牛乳樣品中TC的檢測，具有簡單、靈敏和低成本的優勢。

2.2 銀納米團簇（silver nanoclusters，AgNCs）

因AgNCs具有良好的物理、化學、光學和電學性質，尤其是具有優異的水溶性、光穩定性、生物相容性以及斯托克斯位移大和發射效率高等優點，近年來，其引起了很多研究人員的關注，已成為分析化學領域的研究熱點。

聚集誘導發光（aggregation-induced emission，AIE）機制為染料分子在分散態下熒光強度很弱甚至難以觀測，而在聚集態下熒光強度卻出現明顯的增強。AIE是一種與基團聚集有關的光物理現象，在AIE過程中，非發色性發光體通過聚集形成而被誘導發光。AIE原理的應用引發一系列領域的新發展，近年來受到廣泛關注，其中傳感器研究備受重視[57]。呂玫[58]以N-乙酰基-L-胱氨酸（N-acetyl-L-cysteine，NAC）作為配體，利用加熱回流法制備熒光AgNCs，并根據不同傳感機制構建TC熒光檢測方法。實驗以硝酸銀（silver nitrate，AgNO3）為原料，NAC為保護性配體和還原劑，通過回流法成功合成了具有AIE性質的銀納米團簇（NAC@AgNCs）。實驗基于TC和AgNCs之間的IFE和靜電猝滅機理，建立了一種TC檢測的靈敏度高、選擇性強的方法，檢測線性范圍為1.12～230.00 μmol/L，LOD為0.47 μmol/L。目前，NAC@AgNCs納米熒光探針已成功用于檢測實際牛乳樣品中TC的含量。

2.3 銅納米團簇（copper nanoclusters，CuNCs）

貴金屬納米團簇具有合成簡便、化學性質穩定等優點，已被廣泛應用于食品分析檢測領域，而CuNCs也是一種發展前景非常廣闊的納米熒光探針。

Guo Yuyu等[59]通過化學還原合成了在抗壞血酸溶液中穩定的CuNCs（ascorbic acid stabilized CuNCs，AA-CuNCs），結果表明，AA-CuNCs性質穩定，單分散性好、熒光強度強，其熒光可以被TC通過IFE機制選擇性有效猝滅，比率熒光值與TC濃度在0.9～70.0 μmol/L和80～150 μmol/L有極好的線性關系。利用AA-CuNCs檢測真實水樣中的TC，得到的回收率為99.00%～100.23%，證明了AA-CuNCs在檢測領域的應用潛力，此方法對于實際樣品適用性很高。

包芷君[60]以銅摻雜硫化鋅量子點（cuprum@zinc sulphide quantum dots，Cu@ZnS QDs）為比率熒光探針，基于金屬離子對Zn原子的強烈配位作用，對TC進行檢測。實驗采用一步水熱合成法獲得Cu@ZnS QDs，并將其提純用作熒光探針；探針于578 nm有一發射峰，添加TC，探針熒光猝滅，520 nm時體系熒光增強，光譜中可見顯著藍移；紫外燈照射下可見探針溶液顏色隨TC添加從橙黃色轉變為綠色，這一現象可為可視化檢測提供基礎；基于光譜中強度的變化對熒光強度比和TC濃度進行標準曲線擬合，在0.4～1.8 mmol/L有較好的線性關系，R2=0.981，LOD為61 nmol/L；選擇性實驗證明僅有四環素類抗生素能和探針發生綠色熒光，并且同一類抗生素間結構存在差異，生成的發射峰也不相同，所以該檢測體系具有TC特異性。

CuNCs雖然具有很多優點，如Cu儲量比較豐富，廉價易得，所制備的CuNCs種類繁多等，但是其同時具有穩定性較差和易于氧化的缺點，從而制約了CuNCs更加廣泛的使用[61]。

2.4 金銅納米團簇復合探針

Khataee等[62]設計了一種新型的金銀銅納米團簇（aurum copper nanoclusters，AuCuNCs）-金屬有機框架（metal organic framework，MOF）（AuCuNCs@MOF）雙發射熒光探針，用于TC的比率測定，該探針是封裝到沸石咪唑酯骨架8（zeolitic imidazolate framework-8，ZIF-8）中的AuNCs和CuNCs（圖5）。在400 nm激發波長下，AuCuNCs@MOF在520 nm和650 nm波長處顯示2 個發射峰，分別來自AuNCs和CuNCs。添加TC后，體系在615 nm波長處的紅色發射強度顯著降低，而在520 nm波長處的綠色發射強度幾乎保持不變，肉眼可觀察到體系熒光顏色出現從紅到綠的明顯變化。熒光比對TC濃度的對數在20～650 nmol/L表現出令人滿意的線性關系，LOD為4.8 nmol/L。為了研究此方法的適用性，將實驗設計的探針應用于檢測生牛乳和巴氏殺菌牛乳樣品中的TC濃度，獲得了很好的結果（回收率為98.0%～101.7%，RSD＜0.8%），證實了AuCuNCs@MOF在生物樣品分析中的應用前景廣闊。

在以上采用貴金屬納米團簇的熒光檢測方法當中，TC和納米團簇之間要經過較長的反應時間才能夠實現熒光猝滅效率的最大化，因此進一步降低熒光猝滅的時間和提高檢測效率或許是今后該方向上的一個研究熱點。基于貴金屬納米團簇的檢測方法僅能實現對TC的特異性檢測，因此在后續研究中可以對實現多種四環素類抗生素的高選擇性進行探索和思考。

3 基于MOFs的檢測方法

MOFs是一種金屬離子或金屬簇以配位鍵與有機配體結合形成的多孔網狀結構雜化材料，它是一種配位實體重復且空隙較大的配位化合物，比表面積較大、孔徑易于調節，結構多樣且表面修飾效果良好[63-64]。構成這類材料的常見金屬有Zn、Cr、Co、Ni、Cu、Ag、Al和堿金屬等，與金屬配位的配體通常是羧類、唑類、磷酸酯類等有機分子[65]。MOFs作為新興熱門前沿材料，在熒光檢測方向有很好的前景。

目前，已有多種成熟的方法可用于合成形貌各異、種類繁多的MOFs，如拉瓦錫材料研究所（Material Institute of Lavoisier，MIL）的MOFs MIL-53、MIL-88和MIL-101[66-68]；ZIF類MOFs ZIF-8、ZIF-9和ZIF-67等[69-70]；香港科技大學研制的一種經典三維多籠多孔網絡結構的MOF：HKUST-1[71]；單金屬系列的MOFs：Cu-MOFs、Co-MOFs、Fe-MOFs和Ce-MOFs等[72-75]；此外，還有其他復合MOFs[76]等。徐方紅[77]建立了一種超靈敏的四環素類抗生素熒光檢測方法，通過水熱法合成鋅基MOFs（zinc-MOFs，Zn-MOFs），發現Zn-MOFs自身不具有熒光發射，當四環素類抗生素添加到Zn-MOF水溶液中后，四環素類抗生素和Zn配位并限制于Zn-MOFs孔道內，產生AIE現象，從而發出明顯的黃色熒光。TC、OXY、CTC和地美環素（demecycline，DMCT）均能使Zn-MOFs產生熒光，因此Zn-MOFs可以用于水溶液中四環素類抗生素的熒光檢測。在最適條件下進行熒光檢測，隨著OXY濃度在0～15 μmol/L增加，520 nm波長處出現的發射峰熒光強度也逐漸增加。在0.02～13.00 μmol/L比率熒光強度的變化與OXY的濃度線性關系良好，LOD為0.017 μmol/L，遠低于歐盟和美國食品藥品監督管理局分別制定的牛乳中四環素類抗生素的最大殘留量225 nmol/L和676 nmol/L。該方法為熒光MOFs的制備及水溶液中污染物的檢測提供了新思路。與傳統猝滅性熒光探針相比，Zn-MOFs熒光探針具有更高的靈敏度、更低的LOD和更寬的線性范圍。實際樣品實驗表明，Zn-MOFs熒光探針對實際樣品蜂蜜、牛乳的檢測效果與實驗室條件對去離子水的檢測效果一致，能有效地避免共存離子、有機污染物及其他物質的干擾，從而驗證該探針對實際樣品檢測OXY具有優良選擇性和準確可靠性。汪嘉炎等[78]以發光銅基MOFs納米材料（cuprum-MOFs，Cu-MOFs）為研究對象，構筑了TC檢測的新途徑，通過水熱法一步合成Cu-MOFs探針，添加TC后，IFE使Cu-MOFs熒光猝滅。本方法檢測范圍為0～60 μmol/L，LOD為33.33 nmol/L，小于中國、美國及歐盟標準。另外，該方法具有良好的選擇性，且不受其他常見抗生素及金屬離子干擾。在實驗當地河水中檢測TC，其加標回收率為96.17%～105.02%。

鑭系MOFs（lanthanide MOFs，Ln-MOFs）也因其顏色純度高、斯托克斯位移大、光譜非重疊和發射特征帶窄等優勢而受到高度重視。同時，Ln-MOFs的孔隙率對抗生素的檢測也具有重要意義，因為其產生了高比表面積，富集了痕量的殘留分析物，使信號增強、檢測靈敏度提高。Li Runxian等[79]開發了一種發光鑭系金屬有機材料Tb-L1，對TC、CTC、OXY和DOX具有高選擇性和靈敏度。由于分析物之間的指紋關系以及鑭系元素與配體的發射峰高比具有良好的對應關系，Tb-L1可以有效地將CTC、OXY和DOX與TC區分開。基于IFE效應，Ln-MOFs的H3L1和Tb3＋之間的能量轉移效率可以調節，Tb-L1探針對檢測TC、CTC、OXY和DOX具有高選擇性。這些發現預示著Ln-MOFs可以用作一個非常有前途的平臺，為開發用于檢測抗生素的比率熒光探針提供了動力。Chen Jing等[80]合成了摻雜Eu3＋的納米復合材料與NH2-MIL-53（Al）納米片（圖6），開發了一種具有比率熒光的檢測方法。添加TC后，Eu3＋作為響應單元與TC配位形成絡合物，從而通過AE敏化Eu3＋在616 nm波長處的特征發射峰。形成的配合物的紫外-可見吸收光譜與NH2-MIL-53（Al）的熒光光譜存在光譜重疊，說明它們之間可能存在FRET效應，因此NH2-MIL-53（Al）在433 nm波長處的熒光被猝滅。FRET是指當熒光傳感器中的能量供體和能量受體足夠靠近時，能量供體吸收一定頻率的光子后被激發躍遷到高電子能級，返回低電子能級時，通過偶極子相互作用轉移到能量受體，并導致能量受體被激發，表現出能量供體的熒光猝滅和能量受體的熒光增強現象[81-84]。Chen Jing等[80]發現，隨著TC濃度的增加，體系在433 nm波長處的熒光不斷降低，616 nm波長處的熒光增加，因此，可以通過改變熒光信號的比例來達到檢測TC的目的。該探針檢測TC的線性范圍為0.5～60.0 μmol/L，LOD為0.16 μmol/L，為TC的高選擇性檢測提供了新的思路。為進一步評價熒光探針抗干擾能力以及在實際應用中快速、靈敏檢測TC的可行性，該實驗還對實際水樣進行檢測，結果發現，自來水和去離子水的熒光強度比隨著TC濃度的增加而逐漸增大，2 種水樣中探針熒光強度的比值大致相同，未觀察到顯著差異，且熒光強度比與TC濃度呈較為優良的線性關系，獲得了良好的加標回收率。結果表明，此探針穩定性良好，抗干擾能力強，同時對環境樣品TC檢測具有準確性和可靠性。

Li Chunhua等[85]將ZIF-8錨定在二維（2D）氨基功能化的鋁-金屬有機框架（amino-functionalized?Al-metal organic framework，NH2-MIL-53（Al））上，構建了雙金屬有機平臺ZIF-8/NH2-MIL-53（Al），用于同時捕捉和熒光感應四環素類抗生素。錨定于二維納米板中的ZIF-8納米顆粒直徑小、比表面積大，吸附能力增強，對DOX、TC、OXY和CTC的吸附量分別為561、533、526、578 mg/g。值得注意的是，ZIF-8的吡啶N與NH2-MIL-53（Al）表面上豐富的單鍵—NH2具有協同作用，從而對TC表現出高親和力，同時還促進PET和IFE，提高了ZIF-8納米顆粒檢測的靈敏度。與NH2-MIL-53（Al）相比，其LOD（TC、DOX、OXY為1.2 μg/L，CTC為2.2 μg/L）至少低10 倍，比已報道的傳感器更優。另外，為評估ZIF-8/NH2-MIL-53（Al）的實用性，該納米探針被用于檢測加標牛乳中的四環素類抗生素，在實際應用中RSD≤5%，回收率為93%～105%，呈現出高可靠性和準確性，結果表明，該平臺檢測四環素類抗生素具有可行性，為開發同時捕獲和檢測有機污染物的綜合系統的新途徑提供了思路。

MOF作為一種新型熒光材料，其LOD較低、檢測效果較好，但其穩定性易受pH值影響，在實際食品基質的應用中需保證檢測體系的pH值較為適宜，后續研究中可以進一步探索如何提高MOF的穩定性。部分基于MOF的檢測方法只能特異性地檢測TC，但Ln-MOFs和NH2-MIL-53（Al）能通過不同吸附能力等方法實現高選擇性檢測TC、DOX、OXY和CTC。因此，后續的研究可借鑒相關思路，就如何使各種四環素類抗生素獲得高選擇性作進一步考慮。

為更直觀地對比各探針的檢測性能，現將以上檢測方法的檢出限、檢測范圍總結為表2，以期為后續基于納米熒光探針的TC快速檢測提供新的思路。由表2可知，各納米熒光探針均具有較好的檢測性能。對于檢出限而言，MoS2 QDs＋Eu3＋、SiQDs、AuNCs、AuCuNCs的檢出限最低，為10－3 μmol/L數量級；CQDs及其修飾物、AgNCs、Eu3＋/NH2-MIL-53（Al）復合物檢出限較高，為1 μmol/L數量級。對于檢測范圍而言，大多數納米熒光探針的檢測范圍為1～100 μmol/L或0.01～10.00 μmol/L數量級，在實際應用中，應選擇檢測范圍適合的探針使用，若需要較精確的檢測可選擇SiQDs或AuCuNCs@MOF，若需要檢測含量較高的TC可選用Cu@ZnS QDs。

4 結 語

TC在動物源性食物中的殘留存在諸多潛在危害。目前QDs、貴金屬納米團簇和MOFs等多種材料已被應用于構筑TC熒光傳感器，這些材料絕大多數采用水熱法、溶劑熱法合成，具有特有的小直徑效應以及熒光強度較高、光穩定性優異等優點。基于納米熒光探針的TC快速檢測方法LOD最低可達0.92 nmol/L，線性檢測范圍覆蓋0.01～1 800.00 μmol/L，靈敏度較高、選擇性較強。此類探針在實驗室水溶液體系中性能良好，在實際樣本或環境中亦有一定的實用性，已經成功應用于食品、藥品、血清和尿液等基質中，并且其抗干擾性良好。由此可見，基于納米熒光探針的TC快速檢測方法已經成為一種靈敏而又簡單的理想TC檢測方法，大大推動了TC檢測的進步。

但是以熒光信號為基礎的TC快速檢測方法在實踐中還存在檢測體系費時、復雜等問題，導致其應用受限。因此，食品中TC檢測方法的研究可在以下幾方面突破：1）構建更快速、低成本、高靈敏度和高選擇性的四環素類抗生素熒光檢測體系，并且可對真實樣品進行實時原位分析；2）TC和探針的結合常數也很少被報道，這可能成為后續研究中評估TC檢測特異性和抗干擾能力的一個客觀指標；3）將智能手機與新型納米材料相結合，實現檢驗可視化，今后可以研發檢測前后具有較大色彩變化的多功能環境友好型納米復合材料，從而解決TC檢測靈敏度低、選擇性差等問題；4）著手研發便攜式暗盒及手機端APP，搭建針對四環素類抗生素進行快速、實時、便攜、精準真實檢測的應用平臺，從而為食品安全及人類健康提供有力保障。

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收稿日期：2023-03-17

基金項目：國家自然科學基金面上項目（31871877）；北京市大學生科學研究與創業行動計劃項目（S202210019031）

第一作者簡介：鄢之雨（2002—）（ORCID： 0000-0003-2546-0153），女，本科生，研究方向為食品安全與快速檢測。

E-mail： 2339612773@qq.com

*通信作者簡介：姚志軼（1982—）（ORCID： 0000-0003-2322-8166），男，副教授，博士，研究方向為食品安全與快速檢測。

E-mail： yaozy@cau.edu.cn