| 發布日期：2024-11-08 |
一、研究背景
小麥（Triticum aestivum L.）作為全球重要的谷物之一，在許多深加工食品中扮演著關鍵角色，為人類提供必需的微量元素和能量。然而，小麥被世界衛生組織認定為八大致敏原之一，全球約有0.4%的人口受到小麥過敏引起的超敏反應影響，尤其在歐洲這個比例高達3.6%。其中麩質作為小麥中的主要過敏原，引起了越來越多的關注，鑒于小麥麩質過敏的普遍性和對公共健康構成的威脅，建立一個準確可靠、靈敏度高的小麥致敏原檢測方法尤為重要。本研究旨在開發一種基于銀納米粒子/金屬有機框架（AgNPs/MOF）基質的表面增強拉曼散射（SERS）傳感器，并使用如海光電的RMS1000實現對小麥谷朊粉的高靈敏度現場檢測，為食品安全領域提供一種快速、可靠的檢測手段，同時為過敏原標簽監管提供技術支持。
1. 實驗方法
基于氨基與環氧基的偶聯反應，修飾了氨基的捕獲DNA（Capture DNA，cDNA）共價結合在修飾了環氧基團的石英片上。當樣品中存在目標DNA（Target DNA，tDNA）時，tDNA可以通過堿基互補配對作用被其部分互補序列 cDNA 識別和捕獲。隨后，SERS-探針（SERS-probe）上的探針DNA（Probe DNA，pDNA）會與tDNA發生互補配對，形成“三明治”夾心結構的檢測體系，此時檢測體系SERS信號增大，SERS-probe反映的SERS強度與tDNA濃度呈正相關。
圖1 基于S-CNF/Au NSs 2D襯底的MDA檢測示意圖原理圖
2. AgNPs/MOF 的 SERS 光譜表征
對不同濃度AgNO3制備的AgNPs/MOF基底的SERS光譜進行了表征。4-MBA在1078、1144和1585 cm?1有特征峰。從圖2可以看出，MOF上幾乎無4-MBA的SERS信號，而AgNPs和AgNPs/MOF上信號清晰。且AgNPs/MOF的信號強度遠大于AgNPs，尤其是0.2 M AgNO3制備的。這是因為AgNPs/MOF吸附性能更強、熱點更豐富。因此，本研究選0.2 M AgNO3為制備AgNPs/MOF的最佳濃度。
圖2 MOF（a）、AgNPs（b）和不同AgNO3濃度制備的AgNPs/MOF（c-h）的拉曼光譜圖。c-h：AgNO3加入濃度為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 M
3. 標準曲線分析
在優化條件下，加入不同濃度的小麥特異性DNA片段（tDNA），監測SERS強度。結果顯示，SERS光譜中1078 cm?1特征峰的強度與tDNA濃度成正比。標準曲線顯示，在1×10?1?至2×10?? M范圍內，SERS強度與tDNA濃度對數呈良好線性關系，回歸方程為Y=745.57 lgX+12475.86，R2=0.9959。該傳感器的檢出限（LOD）和定量限（LOQ）分別為1.16×10?1? M和1.56×10?1? M，相比電化學傳感器，LOD更低，靈敏度更高。
圖3 AgNPs/MOF SERS傳感器加入不同濃度 tDNA 的 SERS 譜圖（A）和檢測 tDNA 的標準曲線（B）
4. 特異性分析
為驗證檢測體系特異性，提取小麥、花生、大豆、堅果和魚的全基因組DNA進行SERS檢測，并設超純水為陰性對照。結果顯示，空白樣品（花生、大豆、堅果和魚）的SERS強度接近陰性對照，表明非特異性結合可忽略。因此，本研究構建的AgNPs/MOF SERS傳感器對小麥麩質檢測具良好特異性（P<0.05，P<0.01，P<0.001）。
圖4 特異性檢測實驗拉曼圖譜（A）和 AgNPs/MOF SERS 傳感器的特異性分析（B）
5. 精密度分析
分別取濃度為10-9，10-10，10-11 M 的tDNA在不同時間檢測三次，根據同批次內和不同批次間的變異系數（CV%），驗證該方法的精密度。結果如圖5所示，批次內的變異系數為1.80%~3.18%，批次間的變異系數為1.24%~4.29%，證明檢測體系的精密度良好。
圖5 SERS 傳感器在不同濃度的tDNA下測量9次后獲得批內精度。（A）10-9 mol/L（B）10-10 mol/L（C）10-11 mol/L
6. 準確的分析
通過對空白樣品的加標回收率來評估準確度。在空白樣品（花生、大豆和堅果）中添加tDNA使最終樣品中tDNA濃度為0.5、1.0和2.0 μM，并按照上述檢測方法測定SERS信號。 從圖6可以看出，樣品回收率在96.34%~104.44%之間，符合方法學回收率的要求，證明該方法的準確度良好。
圖6 AgNPs/MOF SERS 傳感器檢測其他致敏原樣品中添加的標準tDNA的SERS光譜（A），空白樣品加標回收分析（B）
7. 時間穩定性
AgNPs/MOF SERS傳感器在4℃儲存條件下的穩定性結果如圖7所示，在15天內其對小麥麩質的檢測信號仍然保持在初始檢測值的 91.97%，表明此檢測體系具有良好的時間穩定性。
圖7 不同儲存時間的 AgNPs/MOF SERS傳感器檢測tDNA的SERS光譜（A）和 AgNPs/MOFSERS傳感器在4℃的時間穩定性分析（B）
使用如海光電的RMS1000拉曼光譜儀證明了一種基于AgNPs/MOF底物的新型SERS傳感器，可用于高靈敏度現場檢測深加工食品中的小麥面筋。設計的SERS傳感器對小麥谷朊粉表現出了1×10-15至2×10-6 mol/L的線性檢測范圍，并且檢出限為1.16×10-16 mol/L（信噪比=3），顯示出卓越的靈敏度。說明這種SERS傳感器是準確、高靈敏度和現場檢測深度加工產品中小麥谷朊粉的有效和適用策略。預計這種SERS傳感器將被廣泛應用于食品安全控制，并為過敏原標簽監管提供技術支持。
文中使用產品RMS1000現已升級為RMS3000。
RMS3000微型拉曼光譜儀
1. 產品簡介
RMS3000（Raman Minimal System）是一款微型的785 nm同軸共聚焦拉曼光譜儀，其采用全空間光設計，優化散熱接口，采用N.A0.11數值孔徑激發采集光路。支持Windows、Linux和Windows多種操作平臺和主控系統，隨機配備手機端（Andorid）和電腦端采集分析軟件。具備非凡的分辨率、靈敏度、穿透能力和抑制熒光干擾能力。既可以單獨使用也可以作為核心部件集成進拉曼自動化系統，滿足科研院所、相關監管機構與企業在無機/有機材料、生物生命、化學/化工、藥物分析、食品安全、刑偵鑒定、環境污染檢測等研究中的需求。
2. 產品特點
?體積小巧，重量輕，只有103×83×26 mm和305 g；
?空間光、微型共聚焦設計，最小光斑≤30 μm；
?高分辨率（~6 cm-1），高抑制熒光能力，能夠輕松測量高熒光樣品，獲取拉曼光譜；
?高靈敏度，500 ms即可實現常規化學品的拉曼光譜，最低可以檢測0.3%的分析純酒精；
?可配置線掃式探頭，可以采集4.5 mm*1 mm的線掃光斑，降低樣品照射功率密度；
?可配置外觸發手柄，方便工業現場數據采集；
?支持手機和電腦雙平臺，方便戶外現場直接測量；
?超低功耗，無須額外電源供電，通過USB手機可以直接實現光譜采集分析；
?強大的軟件分析功能，支持常規的HQI，峰位檢索，深度學習神經網絡等算法；
?可以適配顯微鏡組成顯微共聚焦拉曼。
