全 文 :·综述·
量子探针技术在外源性残留物快速检测中
的应用进展及其在中药中的前景展望
杨锡辉1,2,孔维军1,杨美华1,陈士林3,赵明2,欧阳臻2
(1中国医学科学院 中国协和医科大学 药用植物研究所,北京 100193;
2江苏大学 药学院,江苏 镇江 212013;3中国中医科学院 中药研究所,北京 100700)
[摘要] 以真菌毒素、重金属、农残为主的外源性残留物严重影响着中药的用药安全。半导体量子点纳米粒由于具有
独特的光致发光、化学发光、电化学和电致化学发光特性,而被广泛应用于量子探针、量子传感器等领域。该文总结了量子点
探针技术的特点及特异性基础,重点介绍了新型量子探针技术在真菌毒素、重金属、农残等快速检测中的应用,并结合中药中
外源性残留物污染特点及《中国药典》限量情况概述了中药中三大外源性污染物限量标准及污染状况,展望了量子探针技术
在中药安全性评价中的应用前景。
[关键词] 量子探针;中药安全;真菌毒素;重金属;农残
[收稿日期] 20130829
[基金项目] 国家自然科学基金面上项目(81274072);教育部长江
学者和创新团队发展计划项目(IRT1150);海南省重大科技专项
(ZDZX20130082)
[通信作者] 杨美华,研究员,博士生导师,研究方向为中药质量分
析与安全性研究,Tel:(010)57833277,Fax:(010)62896288,Email:
yangmeihua15@hotmailcom
[作者简介] 杨锡辉,硕士研究生,Email:yangxhyxy@163com
以真菌毒素、重金属、农药等为主的外源性有害残留物
严重影响着食品、药品、环境的安全,日益成为社会各界关注
的焦点。中药由于大部分来源于自然界中植物、动物及矿
物,极易受到环境的影响。近年来,随着中药在疾病预防与
治疗、食品开发等方面重要性的提高,我国中药及其相关制
品的出口不断增大,但频频出现的有害残留物问题已成为阻
碍中药现代化的“瓶颈”。因而,制定科学的限量标准并建立
相应的检测平台成为了控制中药中外源性残留物的首要问
题[1]。但由于中药种类繁多,成分复杂,种植、加工和储藏又
各不相同,给实际检测带来了很大困难。目前,最常用的检
测平台仍是基于实验室仪器分析,不能达到现场快速筛查的
目的,因而寻找高效、便捷、快速、灵敏的检测方法不仅对制
定和监督相关残留物的污染状况具有重要意义,且对保证用
药安全,促进中药现代化具有突出的现实意义。
纳米材料的引入为建立新型快速检测平台奠定了良好
的基础,它既提高了检测的灵敏度、准确性,又缩短检测时
间、简化设备,在分析领域具有十分广阔的应用前景。量子
点(quantumdots,QDs)又称为半导体纳米微晶粒,是一种由
ⅡⅥ族元素或ⅢⅤ族元素组成的直径在100nm以内的微
粒。与传统有机染料相比,QDs具有激发光谱宽而连续、发
射光谱窄而对称、荧光量子产率高以及抗漂白能力强等独特
的光学性质[2]。此外 QDs还具有优良的化学发光及电化学
发光性质。继 Alivisatos[3]和 Nie[4]攻克了 QDs生物相容性
和水溶性难题后,量子探针已被广泛用于有害残留物的检
测[56]、药物传递与筛选[7]、生物成像[8]、疾病诊断[9]等
领域。
本文综述了QDs的发光特点及量子探针特异性,总结了
量子探针在真菌毒素、重金属、农药三大外源性残留物检测
中的应用以及中药中三大残留物的污染状况,并以此展望了
量子探针在中药安全性评价中的应用前景。
1 量子探针技术的特点及特异性基础
QDs是粒径小于或接近于激子玻尔半径的纳米晶粒,是
三维尺度限域的零维纳米材料。其既可以由单种半导体材
料组成,如 CdS,ZnS,CdTe,HgS等ⅡⅥ族元素,GaAs,InP,
InAs等ⅢⅤ族元素,PbTe,PbSe等ⅤⅥ族元素,也可以由
CdZnS,CdSSe等多种半导体材料组成核壳结构(coreshel)
的纳米颗粒。由于粒径小,比表面积大等结构特性,导致了
量子尺寸效应和介电限域效应的产生,从而可以通过调节
QDs尺寸控制能级宽度和发光范围。通过改变 QDs的大小
和组成,又可使其荧光发光覆盖紫外、可见到近红外区间[10]
(图1)。基于上述独特优势发光特点,使得量子探针可以被
灵活的应用于外源性残留物的多元检测。
由于外源性污染物污染的广泛性,使得基质效应各不相
同,特别是中药基质的特殊性,故应用量子探针技术建立快
速检测的准确性成为了重大考验。在 QDs表面装配上待测
残留物的特异性配基,实现诸如酶底物、抗原抗体、DNA靶
分子等“主客”模式的特异性识别,进而消除基质干扰,增
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图1 基于量子点不同组成的荧光发射光谱[10]
Fig1 Thecorelationbetweenfluorescenceemissionwave
lengthsofquantumdotsandtheirchemicalcompositions
强检测的选择性成为了重要的解决途径,这些特异性配基主
要包括酶、抗体、核酸等生物配基[1114],冠醚、环糊精、杯芳烃
等超分子类聚合物[1517],值得一提的是近年来新出现的一些
如适体[6]、DNA催化酶[18]、分子印记聚合物(MIP)[1920]等特
异性更强的配基在量子探针中的应用更加保证了检测的准
确性。
2 量子探针技术在外源性残留物快速检测中的应用
21 量子探针技术在真菌毒素快速检测中的应用 真菌毒
素虽广泛污染各种食品、农作物、中草药及其制品,但由于其
超痕量(ppb)、剧毒、种类繁多,加之污染基质复杂性等特点,
因而实际检测存在较大难度。目前,最常用检测技术为仪器
分析法,辅之各种前处理技术(提高仪器检测的灵敏度)。但
是仪器分析是一种实验室方法,需要专业的操作人员和昂贵
的仪器设备,因而不能满足现场快速检测的目的。必要的前
处理往往需要耗费大量的时间、金钱和有机试剂,易造成环
境污染,同时复杂的前处理易造成毒素的二次损失,从而降
低检测可靠性。因此寻找简便、快速、灵敏、经济的毒素快速
分析方法显得尤为重要。量子传感技术凭借其优越的光学
性质,在毒素快速检测中已得到应用(表1)。
荧光免疫吸附检测法(fluorescencelabeledimmunosorbent
assay,FLISA)是以荧光素标记抗体或抗原作为示踪剂的一
种新的免疫分析技术,其原理与酶联免疫吸附检测法
(ELISA)相似,当示踪剂与相应分析物结合后,借助荧光检
测仪观察或测量荧光现象和强度,从而对分析物进行定性和
定量分析。传统荧光素在痕量物质的 FLISA检测时由于抗
表1 量子探针技术在真菌毒素快速检测中的应用
Table1 ApplicationofQDscoatedprobesfordeterminationofmycotoxins
毒素种类 检测方法 量子探针特异性基础 基质 检测限/ppb 线性范围/ppb 文献
AFB1 FLISA GSHCdTe/CdS共价标记抗体 米醋 0000094 000021~0012 [13]
FLISA 聚马来酸酐两性分子修饰QDs标记抗体 - - - [21]
icFLISA GSHCdTe共价标记抗体 花生 0001 0003~0188 [22]
AFM1 现场定性柱确认,FLISA定量 脂质体装载CdSe/3CdS/2ZnS标记蛋白分析物 牛奶、奶酪 0014 0071~082 [23]
OTA 量子荧光试纸条 QDs标记适体 红葡萄酒 19 - [6]
滚环扩增电化学检测 CdS双标记DNA增强电化学信号 红葡萄酒 00002 00005~10 [14]
HPLCFLD CdSe/ZnS碳纳米管作为分子印记多吡咯净化剂 红葡萄酒 - 002~15 [24]
ZEN 现场定性柱确认,FLISA定量 CdSe/ZnS标记蛋白分析物及抗体 小麦 003 005~024 [25]
异相免疫测定法 脂质体装载QDs标记蛋白分析物及抗体 谷物 0004 0008~0084 [26]
DON FLISA GSHCdTe/CdS共价标记抗体 小麦面粉 0038 0~09 [27]
注:glutathione(GSH)谷胱甘肽;icFLISA间接竞争荧光免疫吸附测定法;deoxynivalenol(DON)玉米赤霉烯酮;ppbμg·kg-1或 μg·
L-1。
漂白能力差、背景信号大,因而灵敏度较低。荧光 QDs具有
激发光谱宽、发射光谱窄而对称、摩尔吸收系数大、抗漂白能
力强、荧光寿命较长等独特的光学性质,将其应用于 FLISA
能发挥降低背景信号、提高检测的灵敏度、实现多重检测等
优势。Beloglazova课题组[25]合成了水溶性CdSe/ZnSQDs并
用于玉米赤霉烯酮(zearalenone,ZEN)蛋白复合物及其抗体
的标记,从而建立了 QDs定性柱定性及其FLISA定量分析
小麦中的ZEN的方法。对比 ELISA,QDsFLISA具有更高的
灵敏度(LODFLISA003<LODELISA008mg·L
-1)和更强的
特异性(IC50FLISA01<IC50ELISA04mg·L
-1)。该课题组还
应用脂质体装载的 QDs标记黄曲霉毒素 M1(aflatoxinM1,
AFM1)和ZEN的蛋白复合物,建立了现场定性柱确认及其
FLISA定量分析食品中真菌毒素的方法[23,26]。
胶体金免疫层析法(goldimmunochromatographyassay,
GICA)是以胶体金作为示踪标记物,利用抗体抗原的特异性
反应进行定性定量分析方法。用QDs替代胶体金,适体代替
抗体用于层析法,既改善了灵敏度、特异性,又避免了抗体的
不足,具有快速、便捷的优点。Wang等[6]用QDs标记赭曲霉
毒素A(ochratoxinA,OTA)适体,构建了量子快速检测试纸条
用于红葡萄酒中OTA快速检测。当样品中存在OTA时,QDs标
记的适体被固定在检测线上而显肉眼可见的红色。这种新的快
速检测试纸条可在10min内完成检测,无需价格昂贵的分析设
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备,且保持了较高的灵敏度(LOD19mg·L-1)。
滚环扩增技术(rolingcircleamplification,RCA)是一种
反应简单、灵敏度高、特异性强的体外核酸扩增技术。但是
其检测背景信号较高的缺点一直限制其应用,Tong等[14]应
用QDs标记DNA增强滚环扩增检测的电化学信号,从而降
低背景信号的干扰,实现了快速痕量检测红葡萄酒中 OTA
的目的(LOD02ng·L-1)。
22 量子探针技术在重金属快速检测中的应用 重金属在
水中不易分解,可在土壤和农作物中积累,并通过食物链而
进入人体并在体内蓄积,对人体的健康构成威胁。建立现场
快速检测方法对于研究和监测重金属污染状况,制定合理的
限量标准及其控制措施,保护人类健康和维持生态平衡具有
重要意义。QDs由于具有金属离子反应的天然特性,而被广
泛用于离子的检测(表2)。
表2 量子探针技术在重金属快速检测中的应用
Table2 ApplicationofQDscoatedprobesfordeterminationofheavymetals
重金属种类 检测方法 基质 检测限/μmol·L-1 线性范围/μmol·L-1 文献
单一检测 Ag+ 银诱导CdTe发射波长红移 水 005 0115 [28]
通过形成Ag2Te淬灭dBSACdTe荧光 水 001 0081066 [29]
LcysteineCdS荧光增强 - 0005 0021 [30]
Hg2+ FRET[CdSe/ZnS(D),金纳米粒(A)] 河水 2 260 [5]
S杯[4]芳烃CdSe/ZnS荧光淬灭 - 0015 030 [17]
杯[6]芳烃SiO2CdSe/ZnS荧光淬灭 - 000155 00020014 [31]
Mn2+:CdTe/ZnS磷光淬灭 水 00043 00510 [32]
FRET[QDs(D),BHQ2(A)] 自来水 08 10150 [33]
Cu2+ 近红外LcysteineCdSeTe荧光淬灭 蔬菜 00071 0022 [34]
DMSACdTe电化学发光淬灭 头发 0003 000570 [35]
FRET[CdTe(D),PFRNPs(A)] 饮用水 016 0027016 [36]
抑制氧化酶活性抑制QDs荧光淬灭 水 275 0375 [37]
双发射CdTe比率荧光检测 水,中草药 00011 00505 [38]
Pb2+ 适体CRET[luminol(D),CdSe/ZnS(A)] - 10 - [39]
DNA滚环扩增电化学检测(CdS放大信号) - 78×10-3 1×10-21×103 [40]
GSHCdTe和CdZnSe荧光淬灭 - 002 020 [41]
FRET[CdSe/CdS(D),双硫腙(A)] 土壤;水 6×10-6 1×10-520 [42]
Mn2+:ZnS室温磷光检测 血浆 048 51000 [43]
As3+ MACdTe/ZnS和GSHCdTe荧光淬灭 水 002 50250 [44]
Cd2+ Cd2+恢复S淬灭的 FITCCdTeQDs荧光 0012 0115 [45]
Cr3+ Cr3+催化QDs增强连苯三酚H2O2化学发光系统 水 6×10-6 2×10-630 [46]
多重检测 Hg2+,Ag+ CdTe标记寡聚核苷酸 FRET检测[CdTe(D),
dyesTAMRA和Cy5(A)]
水 18,25 0~50 [47]
Pb2+,Cu2+ QDs标记 DNA催化酶 FRET检测[CdSe/ZnS
(D),IowablackFQ(A)]
- 02,05 1~50 [18]
Hg2+,Ag+ CdSe/ZnS标记核酸荧光淬灭检测 - 10,0001 - [48]
Zn2+,Cd2+Zn2+和Cd2+恢复S淬灭的CdTe荧光 水 12,05 16~35,1325 [49]
Cd2+,Pb2+Cd2+淬灭CdSe荧光,Pb2+增强其荧光 - -,60 005~07,10150 [50]
Hg2+,Cu2+CdTe聚电解质膜光致发光恢复 水 - 0005~05,001~1 [51]
注:NacetylLcysteine(NAC)N乙酰基L半胱氨酸;meso2,3dimercaptosuccinicacid(DMSA)2,3二巯基琥珀酸。
由于QDs荧光易被离子淬灭,荧光淬灭模式检测已被广
泛用于Ag+[29],Pb2+[41],As3+[44]等有毒重金属的检测。但
是由于重金属污染具有共存性,而QDs荧光淬灭又缺乏专一
性,故在实际样品的检测中易造成检测结果的误差。为了提
高量子探针选择性,诸如杯芳烃、寡聚核苷酸、DNA催化酶等
特异性配基被筛选和组装到QDs表面。如Hg2+可以稳定寡
聚核苷酸中胸腺嘧啶胸腺嘧啶(TT)错配杂交,形成 Hg2+
胸腺嘧啶(THg2+T)特异性配位结构,基于这种特殊的配位
络合原理可以筛选运用富含 T的寡聚核苷酸组装到 QDs表
面来特异性的识别样品中的 Hg2+,提高检测的特异性[33]。
相似的还有Ag+胞嘧啶(CAg+C)配位结构的应用[48]。
除了偶联特异性配基,在量子探针中采用其他转换机理
亦可以避免荧光淬灭的发生,从而提高检测的选择性、灵敏
度和准确性。Yao等[38]将2种不同发射波长的CdTeQDs共
价偶联形成复合物,基于 Cu2+对不同发射 QDs的淬灭效率
的差别,实现了对不同水样及中草药中微量铜具有特异性识
别的QDs比率荧光探针,这种高灵敏可视化的比率荧光探针
大大改善了重金属对QDs荧光淬灭的非特异性,无需大型仪
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器,对保证中药安全性具有重要意义。
荧光能量共振转移(fluorescenceresonanceenergytrans
fer,FRET)技术作为一种高效的光学“分子尺”。QDs具有
优于有机染料的光学特性,已成为 FRET中新型的能量供体
(donor,D)和受体(acceptor,A)。Yang等[36]采用层层自组
装技术合成和组装了酚醛树脂纳米粒(PFRNPs),共价偶联
到CdTeQDs上,构建QDsFRET系统来检测饮用水中Cu2+,
整个检测在室温1min即可完成。除此之外,金纳米粒[5],
双硫腙[42],有机染料[18,33,47]等亦可作为 QDsFRET快速检
测系统中 A。Freeman等[39]以鲁米诺(luminol)(D)CdSe/
ZnSQDs(A)构建了QDs化学发光能量共振转移(CRET)体
系检测Hg2+。
室温磷光分析法(roomtemperaturephosphorescence,
RTP)虽然在分析检测中较少被关注,但是相比荧光,磷光具
有更长的寿命,可以避免自体荧光和散射光的干扰;发生率
较低,选择性更强。吕诗言等[32]合成了 Mn2+掺杂 CdTe/
ZnSQDs,构建了 QDsRTP淬灭检测水中 Hg2+。Mn2+掺杂
ZnSQDs同样被用以检测Pb2+[43]。
23 量子探针技术在农残快速检测中的应用 农药残留超
标是农产品质量安全控制的热点和难点问题。近些年,农残
的检测技术与防治方法虽然取得了较快的发展,但是由于具
有污染不确定性、种类繁多、痕量(ppm)等特点,因而检测存
在很大难点。特别是现场快速检测抽查,一般的检测方法难
以达到要求,量子传感技术由于能实现微型化、快速化的检
测,而被应用广泛应用于农药残留的检测,特别是有机磷农
药的检测(表3)。
表3 量子探针技术在农残快速检测中的应用
Table3 ApplicationofQDscoatedprobesfordeterminationofpesticides
农药种类 检测方法 量子探针特异性基础 基质 检测限/ppm 线性范围/ppm 文献
有机磷 荧光恢复 CdTe聚合物膜标记AChE 蔬菜,水果 00105~11 1×10-3~1×103 [11]
荧光淬灭 PAH/CdTe聚合物标记胆碱氧化
酶和AChE
水果 209~482 1×10-6~1 [52]
FRET 有机磷水解物恢复 FRET[CdTe
(D),双硫腙Cd(A)]
苹果 00001 1×10-4~10 [53]
毛细管电泳检测 CdTe/CdS增强毛细管激光诱发荧光 蔬菜 005~018 01~30 [54]
电化学传感器 ZnS标记AChE - 100,1500 00001~005,00015~004 [55]
甲基对硫磷 cFLISA CdTe标记BSA目标复合物 水 1×10-4 1×10-4~1×103 [56]
电化学传感器 CdTeQDs标记OPH 1×10-3 0005~02,02~1 [57]
二嗪农 FRET[二嗪农(A)] Mn2+:ZnS标记MIP(D) 水溶液 005 005~06 [19]
久效磷 电化学传感器 CdTe标记AChE - 3×10-4 0001~1,2~15 [58]
对氧磷 荧光恢复 Mn2+:ZnSe标记AChE 水,牛奶 1.31×10-5 4.84×10-5~4.84 [59]
光致发光淬灭 CdSe/ZnS标记OPH - 10 - [12]
毒死蜱 cFLISA 链霉亲和素CdTe标记生物素化抗体饮用水 00038 00105~01804 [60]
拟除虫菊酯 荧光淬灭 CdSe标记MIP 水 00036 01~1000 [61]
溴氰菊酯 化学发光传感器 CdTe标记MIP 蔬菜,水果 0018 0053~465 [62]
灭多虫 荧光增强 SiO2CdTe标记杯[4]芳烃 水 008 01~50 [15]
胺甲萘 电化学传感器 CdTe标记AChE - 00006 0001~005,005~05 [63]
烟碱(噻虫嗪,啶
虫脒,吡虫啉)
LIF检测 CdTe增强毛细管激光诱发荧光 蔬菜 005,001,0009 05~30,01~30,01~30 [64]
2,4D FRET全纤维微流
体芯片
QDs标记BSA目标复合物及抗体
[QDs(D),Cy55(A)]
水 5×10-4 5×10-4~3 [65]
cFLISA CdTe标记碱性磷酸酯酶2,4D复
合物竞争结合抗体
- 25×10-4 25×10-4~1×10-3 [66]
敌草快 荧光检测 CdSe/ZnS:反应还原剂 燕麦 001 005~05 [67]
啶虫脒,氨苯唑 荧光淬灭或增强 CdTe修饰磺化杯[4]芳烃 水溶液 12,34 0~105,0~106 [16]
绿麦隆,阿特拉
津,敌草隆,特丁津
在线毛细管色谱
及表面等离子色谱
AgCdSe/ZnS胶体增强荧光信号 02,02,01,0105~20 [68]
注:ppmmg·kg-1或mg·L-1;单位为μmol·L-1。
毛细管电泳液相分析法以毛细管为分离通道、以高压直
流电场为驱动力,具有高分辨、高灵敏、高速度、高通量及低
样品消耗等特点。QDs毛细管电泳法既有 QDs高灵敏度的
光学特性,又结合了毛细管电泳的高分离性能,在农药残留
检测中具有广阔的前景。Chen等[64]以 CdTeQDs为荧光底
物,建立了毛细管胶束电动色谱激光诱导荧光法(laserin
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ducedfluorescence,LIF)检测蔬菜中烟碱类农药残留,方法的
准确度良好(加样回收率72% ~1067%),LOD达到0009
mg·kg-1。CariloCarión等[68]以 AgCdSe/ZnS纳米离子
作为表面增强拉曼光谱(surfaceenhancedramanscatering,
SERS)活性底物增强农残的拉曼散射效应,建立在线毛细管
电泳色谱SERS法检测农药多残留,灵敏度比紫外高出
10倍。
微流体技术是微观尺寸下控制、操作和检测复杂流体的
技术,具有体积轻巧,使用样品、试剂量少,反应速度快及高
通量等优点。Long等[65]建立以 BSA为载体蛋白包被分析
物(2,4dichlorophenoxyaceticacid,2,4DBSA)偶联 QDs,构
建FRET免疫探针,用于全纤维微流体检测水中2,4D的残
留状况,该方法可实现农残的现场、快速、便捷检测。
3 量子探针技术在中药安全性评价中的前景和展望
31 外源性污染物在中药中限量标准及污染状况 由于真
菌毒素、重金属、农残等外源性污染物的污染范围较广,中药
材在种植、采收、加工、贮藏与流通过程中处理不当易被这些
有害残留物污染,若人和动物不慎食用这些残留物的中药,
不仅会影响药效,且会产生严重的不良反应,因此外源性污
染物在中药材的污染正受到人们的不断重视。
在真菌毒素方面,欧盟对于诸如辣椒、肉豆蔻、生姜、姜
黄及其混合物的香料,甘草及其提取物规定了 AFB1,AFs
(B1+B2+G1+G2)以及OTA的限量。德国、韩国、中国香港
也规定了中药材中 AFB1和 AFs的限量。《中国药典》2010
年版对酸枣仁、胖大海、陈皮等五味中药规定了 AFB1(5μg
·kg-1)及AFs(10μg·kg-1)的限量[69]。2012年国家药典
委标准草案又增补了柏子仁、槟榔及地龙等14味中药材的
限量[70]。由此可见,中药中真菌毒素的污染状况正在逐渐
受到重视。杨美华研究员课题组先后建立了 AFs,OTA,FB1
+FB2等15种不同真菌毒素的十几种不同检测方法,用于筛
查和检测不同基质中药(植物药、动物药)及其制品中毒素的
污染情况。首次发现了莲子、甘草等药材的污染状况不容忽
视,其中 20批莲子中 19批均存在 AFs,污染水平为
002~6884μg·kg-1[7172]。此外,还发现中药中除 AFS以
外同样存在着OTA,FB1+FB2,DON等毒素的污染
[7375]。陈
娟等[6]通过对中药储藏条件以及易污染药材的真菌分析,总
结了药材与污染真菌之间的特异性。
在重金属方面,由于各国对中药中重金属的限量缺乏统
一的认识,故各国对于中药中的重金属污染都有自己的限量
标准,且侧重点各有不同,其中以德国对中草药的规定最为
严格,具有较好的参考价值,如其规定中草药中铅、汞、镉的
限量分别为5,01,02mg·kg-1[77]。2010年版《中国药典》
参照《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》对山楂、丹参、
甘草等39种中药及其制品中铅、镉、砷、汞、铜等重金属作了
相关规定。而在2012年国家药典委标准草案中,则做出了
“除矿物、动物、海洋类以外的中药材中,铅不得过10mg·
kg-1,镉不得过1mg·kg-1,砷不得过5mg·kg-1,汞不得过
1mg·kg-1,铜不得过20mg·kg-1”的相关规定[70]。由此
可见,重金属的超标问题在植物药中亦不容忽视。韩小丽
等[78]对以相关文献中提供的铜、铅、砷、镉、汞的含量数据为
基础,用统计分析法判断各种重金属元素含量超标情况。发
现中药材中存在不同程度的重金属污染。其中铜、铅、砷、
镉、汞超标率分别为21%,12%,97%,285%,69%,36种
常见中药材中桔梗、细辛、黄连等药材重金属含量较高。
在农残方面,欧洲、美国等药典都对植物药中有机磷、有
机氯和拟除虫菊酯等70余种农残作了相关规定,其中以欧
洲药典最为严格[79]。我国2010年版药典收载了有机磷、有
机氯以及拟除虫菊酯3类24种农药残留的检测方法,并对
甘草、黄芪和人参总皂苷等作了有机氯类农药残留的限量规
定。而在2012年国家药典委标准草案中又增补了人参以及
西洋参的限量规定[70]。虽然,这与中药种植过程中使用的
农药种类和数量还有一定的差距,但是中药中农药残留的问
题特别是毒姜事件后已逐渐受到重视。
32 量子探针技术在中药安全性评价中的展望 近年来,
各种量子点分析技术的开发(光致发光技术、化学发光技术、
电致发光及电致化学发光技术),为有害残留物检测注入了
新的元素,使得检测的灵敏度不断提高,检测限甚至达到了
飞克水平,同时联合应用生物探针、基因芯片、微流体等技
术,使得检测时间大大减少,特异性及准确性不断提高,检测
设备不断向微型化发展。所以,量子探针技术已在食品检
测、环境监控等领域展示了巨大潜力。近年来,频频出现的
中药安全性问题已严重阻碍了中药现代化的进程。但是,该
技术在外源性污染物监控领域的应用刚刚起步,如何发挥在
中药安全性评价中的作用,仍面临着以下问题,值得深入研
究和开发。
第一,基质的特殊性。中药种类繁多,就药典收录的品
种就有2000余种;成分复杂、多样,各个成分之间的性质又
相差较大;种植、加工、储藏没有统一的规范。这些都导致了
中药有别于食品,形成了一个神秘的“黑匣子”。如何应用量
子探针保证这个“黑匣子”的安全,消除基质效应,可通过以
下方面:首先,制备水溶性好、稳定性高、荧光效率高、环境友
好的 QDs,设计合理的修饰方法,避免中药大环境,特别是一
些金属离子对QDs光学和电化学信号性质的影响,提高检测
的准确度。石墨烯量子点的应用就是一个很好的例子。其
次,寻找特异性、亲和力更高的配基,实现中药中一对一的检
测,排除干扰物质。近年来,MIP、适体等新型配基的研发或
许可以最大消除基质效应。最后,开发多种检测机制,避免
相互干扰。基于量子点 RTP,FRET,CRET等检测平台的建
立是其应用领域不断扩大的主要因素。
第二,高通量多重检测平台的构建。以真菌毒素、农残、
重金属为代表的外源性污染物在中药中往往存在着共存效
应,单一检测不能真实反应药材的污染状况,逐个检测又将
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耗时、费力。同时中药种类繁多,同一中药品种产地不同,污
染状况也不尽相同,逐味中药的筛查,必将耗费更多的人力
和物力。量子点具有“一元激发,多元发射”的特点,可激发
出不同颜色的光,实现同时标记和多重检测的目的,解决有
害残留物的共存问题,同时辅以 FLISA、微孔板编码等技术
可实现高通量检测,达到快速筛查的目的。
第三,构建现场快速检测体系。我国中药安全研究体系
仍处于摸索阶段,中药市场存在许多不规范的操作,寻找现
场快速检测方法,建立中药外源性污染物的快速检测体系,
对于规范中药市场,保证用药安全具有现实意义。量子荧光
试纸条的开发,微流体技术、基因芯片技术的辅助,都促使量子
探针检测技术向微型化、快速化、自动化方向发展。而这恰恰可
以辅助规范中药市场,实现“移动实验室检测”的目标。
总之,尽管目前还未见商品化的量子探针,但是通过
QDs制备工艺和标记方式的不断完善,检测机制不断丰富,
相信量子探针技术必将在这种机遇与挑战中得到不断发展,
也将给中药安全性评价体系的建立带来新的契机。
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Rapiddetectionofextrinsicharmfulcontaminantsusingquantumdotscoated
probesandtheirapplicationprospectsintraditionalChinesemedicine
YANGXihui1,2,KONGWeijun1,YANGMeihua1,CHENShilin3,ZHAOMing2,OUYANGZhen2
(1InstituteofMedicinalPlantDevelopment,ChineseAcademyofMedicalScience&PekingUnion
MedicalColege,Beijing100193,China;
2SchoolofPharmacy,JiangsuUniversity,Zhenjiang212013,China;
3InstituteofChineseMateriaMedica,ChinaAcademyofChineseMedicalSciences,Beijing100700,China)
[Abstract] Thecontaminationofextrinsicharmfulcontaminantsincludingmycotoxins,heavymetalsandpesticides,etc,brings
seriousriskstotraditionalChinesemedicines(TCMs),furthertohumanhealthDuetotheiruniquephotoluminescence,chemilumi
nescence,electrochemicalandelectrochemiluminescenceproperties,semiconductorquantumdots(QDs)nanoparticlesarewidelyused
toimmobilizebioprobesandbiosensors,etcInthisreview,theluminescencecharacteristicsandspecificligandsofQDsprobleswhich
areusedtodeterminecontaminantsweresummedupThen,theapplicationsofQDscoatednovelprobesinthedeterminationofmyco
toxins,heavymetalsandpesticideswerediscussedindetailInaddition,thecontaminationlevelsandcharacteristicsofextrinsicharm
fulresiduesinTCMswereinvestigatedFurther,themaximumlevelsofthosecontaminantsinTCMswerecomparedwiththosesetby
variouscountriesFinaly,thefuturedevelopmenttrendsandproblemsofQDscoatedprobesinthedeterminationofthoseextrinsicres
iduesinTCMswereprospected
[Keywords] QDscoatedprobes;safetyoftraditionalChinesemedicines;mycotoxins;heavymetals;pesticides
doi:10.4268/cjcmm20132302
[责任编辑 孔晶晶]
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