| 发布日期：2024-11-08 |
一、研究背景
小麦（Triticum aestivum L.）作为全球重要的谷物之一，在许多深加工食品中扮演着关键角色，为人类提供必需的微量元素和能量。然而，小麦被世界卫生组织认定为八大致敏原之一，全球约有0.4%的人口受到小麦过敏引起的超敏反应影响，尤其在欧洲这个比例高达3.6%。其中麸质作为小麦中的主要过敏原，引起了越来越多的关注，鉴于小麦麸质过敏的普遍性和对公共健康构成的威胁，建立一个准确可靠、灵敏度高的小麦致敏原检测方法尤为重要。本研究旨在开发一种基于银纳米粒子/金属有机框架（AgNPs/MOF）基质的表面增强拉曼散射（SERS）传感器，并使用如海光电的RMS1000实现对小麦谷朊粉的高灵敏度现场检测，为食品安全领域提供一种快速、可靠的检测手段，同时为过敏原标签监管提供技术支持。
1. 实验方法
基于氨基与环氧基的偶联反应，修饰了氨基的捕获DNA（Capture DNA，cDNA）共价结合在修饰了环氧基团的石英片上。当样品中存在目标DNA（Target DNA，tDNA）时，tDNA可以通过碱基互补配对作用被其部分互补序列 cDNA 识别和捕获。随后，SERS-探针（SERS-probe）上的探针DNA（Probe DNA，pDNA）会与tDNA发生互补配对，形成“三明治”夹心结构的检测体系，此时检测体系SERS信号增大，SERS-probe反映的SERS强度与tDNA浓度呈正相关。
图1 基于S-CNF/Au NSs 2D衬底的MDA检测示意图原理图
2. AgNPs/MOF 的 SERS 光谱表征
对不同浓度AgNO3制备的AgNPs/MOF基底的SERS光谱进行了表征。4-MBA在1078、1144和1585 cm⁻¹有特征峰。从图2可以看出，MOF上几乎无4-MBA的SERS信号，而AgNPs和AgNPs/MOF上信号清晰。且AgNPs/MOF的信号强度远大于AgNPs，尤其是0.2 M AgNO3制备的。这是因为AgNPs/MOF吸附性能更强、热点更丰富。因此，本研究选0.2 M AgNO3为制备AgNPs/MOF的最佳浓度。
图2 MOF（a）、AgNPs（b）和不同AgNO3浓度制备的AgNPs/MOF（c-h）的拉曼光谱图。c-h：AgNO3加入浓度为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 M
3. 标准曲线分析
在优化条件下，加入不同浓度的小麦特异性DNA片段（tDNA），监测SERS强度。结果显示，SERS光谱中1078 cm⁻¹特征峰的强度与tDNA浓度成正比。标准曲线显示，在1×10⁻¹⁵至2×10⁻⁶ M范围内，SERS强度与tDNA浓度对数呈良好线性关系，回归方程为Y=745.57 lgX+12475.86，R²=0.9959。该传感器的检出限（LOD）和定量限（LOQ）分别为1.16×10⁻¹⁶ M和1.56×10⁻¹⁶ M，相比电化学传感器，LOD更低，灵敏度更高。
图3 AgNPs/MOF SERS传感器加入不同浓度 tDNA 的 SERS 谱图（A）和检测 tDNA 的标准曲线（B）
4. 特异性分析
为验证检测体系特异性，提取小麦、花生、大豆、坚果和鱼的全基因组DNA进行SERS检测，并设超纯水为阴性对照。结果显示，空白样品（花生、大豆、坚果和鱼）的SERS强度接近阴性对照，表明非特异性结合可忽略。因此，本研究构建的AgNPs/MOF SERS传感器对小麦麸质检测具良好特异性（P<0.05，P<0.01，P<0.001）。
图4 特异性检测实验拉曼图谱（A）和 AgNPs/MOF SERS 传感器的特异性分析（B）
5. 精密度分析
分别取浓度为10-9，10-10，10-11 M 的tDNA在不同时间检测三次，根据同批次内和不同批次间的变异系数（CV%），验证该方法的精密度。结果如图5所示，批次内的变异系数为1.80%~3.18%，批次间的变异系数为1.24%~4.29%，证明检测体系的精密度良好。
图5 SERS 传感器在不同浓度的tDNA下测量9次后获得批内精度。（A）10-9 mol/L（B）10-10 mol/L（C）10-11 mol/L
6. 准确的分析
通过对空白样品的加标回收率来评估准确度。在空白样品（花生、大豆和坚果）中添加tDNA使最终样品中tDNA浓度为0.5、1.0和2.0 μM，并按照上述检测方法测定SERS信号。 从图6可以看出，样品回收率在96.34%~104.44%之间，符合方法学回收率的要求，证明该方法的准确度良好。
图6 AgNPs/MOF SERS 传感器检测其他致敏原样品中添加的标准tDNA的SERS光谱（A），空白样品加标回收分析（B）
7. 时间稳定性
AgNPs/MOF SERS传感器在4℃储存条件下的稳定性结果如图7所示，在15天内其对小麦麸质的检测信号仍然保持在初始检测值的 91.97%，表明此检测体系具有良好的时间稳定性。
图7 不同储存时间的 AgNPs/MOF SERS传感器检测tDNA的SERS光谱（A）和 AgNPs/MOFSERS传感器在4℃的时间稳定性分析（B）
使用如海光电的RMS1000拉曼光谱仪证明了一种基于AgNPs/MOF底物的新型SERS传感器，可用于高灵敏度现场检测深加工食品中的小麦面筋。设计的SERS传感器对小麦谷朊粉表现出了1×10-15至2×10-6 mol/L的线性检测范围，并且检出限为1.16×10-16 mol/L（信噪比=3），显示出卓越的灵敏度。说明这种SERS传感器是准确、高灵敏度和现场检测深度加工产品中小麦谷朊粉的有效和适用策略。预计这种SERS传感器将被广泛应用于食品安全控制，并为过敏原标签监管提供技术支持。
文中使用产品RMS1000现已升级为RMS3000。
RMS3000微型拉曼光谱仪
1. 产品简介
RMS3000（Raman Minimal System）是一款微型的785 nm同轴共聚焦拉曼光谱仪，其采用全空间光设计，优化散热接口，采用N.A0.11数值孔径激发采集光路。支持Windows、Linux和Windows多种操作平台和主控系统，随机配备手机端（Andorid）和电脑端采集分析软件。具备非凡的分辨率、灵敏度、穿透能力和抑制荧光干扰能力。既可以单独使用也可以作为核心部件集成进拉曼自动化系统，满足科研院所、相关监管机构与企业在无机/有机材料、生物生命、化学/化工、药物分析、食品安全、刑侦鉴定、环境污染检测等研究中的需求。
2. 产品特点
Ø体积小巧，重量轻，只有103×83×26 mm和305 g；
Ø空间光、微型共聚焦设计，最小光斑≤30 μm；
Ø高分辨率（~6 cm-1），高抑制荧光能力，能够轻松测量高荧光样品，获取拉曼光谱；
Ø高灵敏度，500 ms即可实现常规化学品的拉曼光谱，最低可以检测0.3%的分析纯酒精；
Ø可配置线扫式探头，可以采集4.5 mm*1 mm的线扫光斑，降低样品照射功率密度；
Ø可配置外触发手柄，方便工业现场数据采集；
Ø支持手机和电脑双平台，方便户外现场直接测量；
Ø超低功耗，无须额外电源供电，通过USB手机可以直接实现光谱采集分析；
Ø强大的软件分析功能，支持常规的HQI，峰位检索，深度学习神经网络等算法；
Ø可以适配显微镜组成显微共聚焦拉曼。
