食品在加工、運輸、儲存等過程中有可能帶入有害物質(zhì)，如獸藥殘留、重金屬殘留、農(nóng)藥殘留、致病菌等，對食品質(zhì)量安全造成威脅，因此有必要探索準確、高效、靈敏、經(jīng)濟的檢測方法以保障消費者的食品安全。傳統(tǒng)的食品安全檢測方法如氣相色譜法、高效液相色譜法等雖然準確性高，但是步驟繁瑣、成本高、耗時長、需在實驗室進行，不能實現(xiàn)高效、現(xiàn)場檢測。近年來，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，許多基于納米材料的智能傳感器在檢測中得到廣泛應(yīng)用。

金納米顆粒（Gold nanoparticles，AuNPs）是指粒徑范圍在1~100nm的超細金微粒，也被稱為金膠體（Gold colloids）。由于具有獨特的局域表面等離子體共振（LSPR）特性和較高的摩爾消光系數(shù)，AuNPs表現(xiàn)出與尺寸相關(guān)的顏色變化。隨著AuNPs粒徑的增加，表面等離子共振譜帶從可見光區(qū)向近紅外區(qū)移動，溶液顏色反映出從紅色到藍色的變化。

除了具有良好的光學(xué)性質(zhì)，AuNPs還具有類似天然酶的活性，如過氧化物酶、過氧化氫酶、氧化酶和超氧化物歧化酶等。由于AuNPs具有類似過氧化物酶的性質(zhì)，因此在H2O2存在的情況下，AuNPs可以催化3,3',5,5'-四甲基聯(lián)苯胺（TMB）、2,2'-聯(lián)氮雙（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）二銨鹽（ABTS）、鄰苯二胺（OPD）、Amplex Red（AR）等底物發(fā)生顯色或熒光反應(yīng)，從而利用底物顏色變化構(gòu)建傳感器。此前AuNPs比色傳感器大多基于調(diào)控距離的聚集比色而構(gòu)建，近年來基于AuNPs酶活性構(gòu)建的比色傳感器應(yīng)用越來越多，本文將重點討論基于AuNPs過氧化物酶活性構(gòu)建的比色傳感器的傳感原理及其在食品安全檢測中的應(yīng)用。

1 AuNPs的制備方法

AuNPs的經(jīng)典合成方法是由Turkevich于1951年提出，然后由Frens于1973年發(fā)展的Turkevich-Frens法。將還原劑（如檸檬酸鈉、硼氫化鈉、抗壞血酸等）加入氯金酸溶液中，Au3+被還原成Au0，這種方法可合成粒徑10~50nm的球形AuNPs，過程簡單，不需要高成本的專用設(shè)備。Brust和Schiffrin在1994年提出的Brust-Schiffrin法可以合成更小粒徑的AuNPs，在正十二烷基硫醇存在下，用硼氫化鈉在水-甲苯兩相中還原氯金酸，從而制得粒徑在1~8nm范圍內(nèi)的熱穩(wěn)定AuNPs顆粒。除了上述化學(xué)合成法外，還有晶種法和生物合成法等。

2基于AuNPs過氧化物酶活性比色傳感器的檢測原理

基于AuNPs的比色傳感器主要有兩種類型，一種依賴于AuNPs的表面等離子體共振特性，一種利用AuNPs能模擬天然酶發(fā)揮催化作用的性質(zhì)。前者通過對AuNPs進行表面修飾，利用靶標和修飾基團之間的相互作用就可以調(diào)控AuNPs的分散狀態(tài)，呈現(xiàn)出不同的顏色，來實現(xiàn)對靶標的檢測。不同的是，AuNPs酶活性比色傳感器的顏色變化來自底物的顯色反應(yīng)，而不是AuNPs本身。與靶標的相互作用使AuNPs的酶活性發(fā)生變化，從而使反應(yīng)底物呈現(xiàn)不同顏色，通過反應(yīng)底物的顏色變化來檢測靶標。目前報道的AuNPs酶活性比色傳感器主要利用AuNPs的過氧化物酶性質(zhì)，可分為以下兩類：靶標吸附-AuNPs傳感器、靶標-適配體-AuNPs傳感器。

2.1靶標吸附-AuNPs傳感器的檢測原理

AuNPs具有類似過氧化物酶活性，能打開H2O2的O-O化學(xué)鍵形成羥基自由基，催化無色底物（如TMB）氧化生成顯色產(chǎn)物（如藍色的oxTMB），產(chǎn)物的顏色深淺與AuNPs酶活性正相關(guān)。靶標吸附在AuNPs表面，改變AuNPs表面性質(zhì)，從而調(diào)節(jié)AuNPs的酶活性。如卡那霉素、三聚氰胺、亞砷酸鹽、Pb2+、Hg2+增強AuNPs的過氧化物酶活性，而多巴胺、樂果農(nóng)藥（Dimethoate）則減弱AuNPs的過氧化物酶活性。通過肉眼觀察或儀器手段衡量顯色產(chǎn)物的顏色變化，即可對靶標進行定性或定量檢測。檢測原理如圖1所示。

2.2 靶標-適配體-AuNPs傳感器的檢測原理

適配體（Aptamer）是一段單鏈DNA或RNA，可以與核酸、蛋白質(zhì)、金屬離子和小分子發(fā)生特異性結(jié)合，具有親和力高、體積小、易于合成和修飾等優(yōu)點。ELLINGTON首次報道使用指數(shù)富集配體系統(tǒng)進化技術(shù)（SELEX），從隨機單鏈核酸序列庫中分離合適的結(jié)合序列，然后進行PCR擴增，可以得到與靶標高度特異性親和的適配體。單鏈DNA通過堿基的配位作用吸附到AuNPs表面，影響AuNPs酶活性，從而構(gòu)建適配體-AuNPs比色傳感器。靶標通過與適配體的結(jié)合，間接調(diào)控AuNPs的過氧化物酶活性，實現(xiàn)比色檢測。靶標對AuNPs過氧化物酶活性的調(diào)控表現(xiàn)為增強或抑制，關(guān)于其機理，有以下兩種解釋。

一種解釋認為，適配體屏蔽了AuNPs表面的活性位點，使AuNPs酶活性被抑制。加入靶標后，由于適配體與靶標的高親和力、特異性結(jié)合，導(dǎo)致適配體結(jié)構(gòu)變化并從AuNPs表面解吸附，AuNPs活性位點重新暴露，從而恢復(fù)酶活性（圖2a）。

另一種解釋認為，DNA通過堿基吸附在AuNPs上，其帶負電荷的磷酸骨架暴露在AuNPs表面，使DNA-AuNPs復(fù)合物的負電荷密度增加，與帶負電荷的底物（如ABTS）相互作用減弱，表現(xiàn)為酶活性降低,與帶正電荷的底物（如TMB）作用力更強，表現(xiàn)出明顯的酶活性增強。當(dāng)靶標存在時，靶標-適配體的結(jié)合使適配體從AuNPs上解吸附，AuNPs表面負電荷減少，相應(yīng)地導(dǎo)致AuNPs的酶活性增強（負電荷底物）（圖2b）或減弱（正電荷底物）（圖2c）。

3 基于AuNPs過氧化物酶活性的比色傳感器在食品安全檢測中的應(yīng)用

獸藥、農(nóng)藥的殘留，以及重金屬、致病菌和其他非法添加成分是導(dǎo)致食品安全問題的主要來源，危害人類健康。基于AuNPs過氧化物酶活性構(gòu)建的比色傳感器已被應(yīng)用于各類食品樣品的安全檢測，表1進行了總結(jié)。

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