一、研究背景

牛奶富含丰富的蛋白质、维生素和多种矿物质，营养价值极高，是当今家庭的必备饮品。但是，牛奶在生产和加工过程中可能存在抗生素污染，不仅会对人类健康造成危害，而且也会给乳制品行业带来巨大的损失。氨苄青霉素（Ampicillin，AMP）作为一种广泛使用的抗生素，在治疗细菌感染方面发挥着重要作用。然而，其在食品中的滥用和残留，可能对人类健康造成严重威胁，如过敏反应、癫痫、呼吸困难、肠道菌群紊乱等。因此，开发一种高灵敏度、高选择性的AMP检测技术，对于保障牛奶品质和公共健康具有重大意义。

近年来，上转换荧光纳米传感技术因其灵敏度、稳定性优势和优异的光化学性质，吸引了国内外学者的关注，并已在各个领域得到广泛应用。由如海光电提供的上转换荧光光谱仪具有高稳定性、可快速无损检测的优点，操作简便，检测结果客观准确。此论文正是基于上转换荧光光谱仪的这些优势，提出将聚二甲基硅氧烷（PDMS）开发成固相捕获探针，发挥铂纳米的催化作用，利用3,3',5,5'-四甲基联苯胺（TMB）与H₂O₂反应生成蓝色氧化物（oxTMB）与上转换纳米颗粒（UCNPs）的荧光内滤效应（IFE），提出一种牛奶中AMP固相传感检测方法，用于食品中AMP的高灵敏度检测，试图构建一个既快速又准确的检测平台，以应对食品中AMP残留的挑战，为食品安全监管提供强有力的技术支持。

图1 基于荧光内滤的牛奶中氨苄青霉素固相捕获传感检测方法

二、研究内容

1. UCNPs的表征结果

利用上转换荧光光谱仪对纳米材料进行了表征，结果如图2所示。在980 nm 的激发下，Yb³⁺可以吸收光子跃迁到高能级，并将能量传递给临近的Tm³⁺，从而发射出 450 nm（¹D₂-³F₄），476 nm（¹G₄-³H₆）和647 nm（¹G₄-³F₄）的光，在壳层中掺杂Tb³⁺和Eu³⁺后，Tm³⁺（³P₀）与相邻Gd³⁺（⁶P_7/2）的非辐射能量转移激活Gd³⁺供体，由于Gd介导的界面能量转移作用，Tb³⁺发射出绿色光（490 nm处⁵D₄→⁷F₆，546 nm处⁵D₄→⁷F₅，585 nm处⁵D₄-⁷F₃），Eu³⁺发射出红色光（591 nm处⁵D₀→⁷F₁，615 nm处⁵D₀→⁷F₂，697 nm处⁵D₀→⁷F₄）。因同时存在红绿蓝三原色，可通过调控其浓度比，实现上转换荧光纳米材料的白色发光。

图2 （A）UCNPs 的荧光光谱图；（B）980 nm激发下Yb³⁺，Gd³⁺和Tm³⁺，Eu³⁺，Tb³⁺的能级图。

2. 试验参数优化

对oxTMB与UCNPs的比例和孵育时间进行了优化，结果如图3所示。UCNPs溶液与不同体积oxTMB溶液的荧光光谱如图3（A、B）所示，UCNPs 溶液体积固定在200 μL，当oxTMB溶液体积达到100 μL时，UCNPs的荧光强度几乎完全猝灭。因此，UCNPs溶液与oxTMB溶液的最佳比例为2:1。UCNPs溶液与oxTMB溶液不同反应时间的荧光光谱如图3（C、D）所示，UCNPs荧光在1分钟内达到最大猝灭效率，1分钟后强度保持稳定。

图3 （A）随着oxTMB溶液体积增加UCNPs的荧光光谱图；（B）UCNPs溶液与oxTMB溶液比例优化结果；（C）UCNPs与oxTMB溶液混合不同时间后的荧光光谱和（D）荧光强度变化趋势。

3. AMP的检测

在AMP存在的条件下，固相捕获探针可以捕获AMP，使适配体功能化的PtNPs结合在其表面，催化TMB氧化，利用UCNPs 615 nm 处的荧光值对AMP进行定量监测。在最佳实验条件下，检测不同浓度的AMP时采集到的荧光光谱如图4所示。从图中可以看出，随着 AMP 浓度的增加，615 nm处的荧光强度降低。在 0.5-100 ng/mL范围内，荧光强度与AMP浓度的对数呈良好的线性关系。最低检测限低至0.32 ng/mL，远低于欧盟设定的最大残留限量。因此本方法具有较高的灵敏度。

图4 （A）检测体系在不同浓度AMP作用下的荧光光谱图和（B）标准曲线图。

4. 特异性分析

本研究所构建方法的特异性归因于PtNPs-适配体复合物对于AMP的识别作用。该体系检测不同抗生素的荧光响应结果如图5所示，检测AMP样品的体系荧光强度低，环丙沙星（CIP）、恩诺沙星（ENR）、链霉素（SM）、氯霉素（CHL）、四环素（TCY）样品的荧光强度明显较高，检测AMP与其他抗生素的荧光强度存在显著性差异（P < 0.01），这是由于其他抗生素的存在并不能引导PtNPs-适配体特异性吸附在PDMS表面。由此结果说明本试验所构建的检测方法可实现AMP的特异性检测。

图5 荧光方法对 AMP 检测的特异性

三、结论

这篇论文报道了一种创新的基于UCNPs和IFE的固相捕获探针技术，用于高灵敏度检测食品中的AMP。由如海光电上转换荧光光谱仪通过精确测量UCNPs在AMP存在时荧光强度的变化，实现了对AMP浓度的准确定量。该技术不仅提供了一种检测限低至0.32 ng/mL的高灵敏度检测方法，而且通过实际食品样品的加标回收实验验证了其出色的准确性和可靠性。上转换荧光光谱仪的应用显著提高了检测的精确度和效率，为食品安全监测领域带来了一种有效的分析工具，确保了食品中AMP残留的快速、准确检测，对保护消费者健康和提高食品安全标准具有重要意义。

四、文献来源

五、产品推荐