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Rapid detection of extrinsic harmful contaminants using quantum dots-coated probes and their application prospects in traditional Chinese medicine

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



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] 20130829
[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
(ZDZX20130082)
[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,Email:
yangmeihua15@hotmailcom
[作者简介] 杨锡辉,硕士研究生,Email:yangxhyxy@163com
  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
ⅡⅥ族元素或ⅢⅤ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[56]、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ⅡⅥ族元素,GaAs,InP,
InAs等ⅢⅤ族元素,PbTe,PbSe等ⅤⅥ族元素,也可以由
CdZnS,CdSSe等多种半导体材料组成核壳结构(coreshel)
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]
Fig1 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[1114],冠醚、环糊精、杯芳烃
等超分子类聚合物[1517],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)[1920]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
21 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(fluorescencelabeledimmunosorbent
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 ApplicationofQDscoatedprobesfordeterminationofmycotoxins
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 GSHCdTe/CdS共价标记抗体 米醋 0000094 000021~0012 [13]
FLISA 聚马来酸酐两性分子修饰QDs标记抗体 - - - [21]
icFLISA GSHCdTe共价标记抗体 花生 0001 0003~0188 [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 0014 0071~082 [23]
OTA 量子荧光试纸条 QDs标记适体 红葡萄酒 19 - [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 00002 00005~10 [14]
HPLCFLD CdSe/ZnS碳纳米管作为分子印记多吡咯净化剂 红葡萄酒 - 002~15 [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 003 005~024 [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 0004 0008~0084 [26]
DON FLISA GSHCdTe/CdS共价标记抗体 小麦面粉 0038 0~09 [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;ppbμg·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/ZnSQDs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,QDsFLISA具有更高的
灵敏度(LODFLISA003<LODELISA008mg·L
-1)和更强的
特异性(IC50FLISA01<IC50ELISA04mg·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(LOD19mg·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(LOD02ng·L-1)。
22 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 ApplicationofQDscoatedprobesfordeterminationofheavymetals
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  005 0115 [28]
通过形成Ag2Te淬灭dBSACdTe荧光 水  001 0081066 [29]
LcysteineCdS荧光增强 - 0005 0021 [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 - 0015 030 [17]
杯[6]芳烃SiO2CdSe/ZnS荧光淬灭 - 000155 00020014 [31]
Mn2+:CdTe/ZnS磷光淬灭 水 00043 00510 [32]
FRET[QDs(D),BHQ2(A)] 自来水 08 10150 [33]
Cu2+ 近红外LcysteineCdSeTe荧光淬灭 蔬菜 00071 0022 [34]
DMSACdTe电化学发光淬灭 头发 0003 000570 [35]
FRET[CdTe(D),PFRNPs(A)] 饮用水 016 0027016 [36]
抑制氧化酶活性抑制QDs荧光淬灭 水 275 0375 [37]
双发射CdTe比率荧光检测 水,中草药 00011 00505 [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) - 78×10-3 1×10-21×103 [40]
GSHCdTe和CdZnSe荧光淬灭 - 002 020 [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 048 51000 [43]
As3+ MACdTe/ZnS和GSHCdTe荧光淬灭 水 002 50250 [44]
Cd2+ Cd2+恢复S淬灭的 FITCCdTeQDs荧光 0012 0115 [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 18,25 0~50 [47]
Pb2+,Cu2+ QDs标记 DNA催化酶 FRET检测[CdSe/ZnS
(D),IowablackFQ(A)]
- 02,05 1~50 [18]
Hg2+,Ag+ CdSe/ZnS标记核酸荧光淬灭检测 - 10,0001 - [48]
Zn2+,Cd2+Zn2+和Cd2+恢复S淬灭的CdTe荧光 水 12,05 16~35,1325 [49]
Cd2+,Pb2+Cd2+淬灭CdSe荧光,Pb2+增强其荧光 - -,60 005~07,10150 [50]
Hg2+,Cu2+CdTe聚电解质膜光致发光恢复 水 - 0005~05,001~1 [51]
  注:NacetylLcysteine(NAC)N乙酰基L半胱氨酸;meso2,3dimercaptosuccinicacid(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(TT)错配杂交,形成 Hg2+
胸腺嘧啶(THg2+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(CAg+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CdTeQDs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CdTeQDs上,构建QDsFRET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 QDsFRET快速检
测系统中 A。Freeman等[39]以鲁米诺(luminol)(D)CdSe/
ZnSQDs(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(roomtemperaturephosphorescence,
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/
ZnSQDs,构建了 QDsRTP淬灭检测水中 Hg2+。Mn2+掺杂
ZnSQDs同样被用以检测Pb2+[43]。
23 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 ApplicationofQDscoatedprobesfordeterminationofpesticides
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 00105~11 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 209~482 1×10-6~1 [52]
FRET  有机磷水解物恢复 FRET[CdTe
(D),双硫腙Cd(A)]
苹果 00001 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 005~018 01~30 [54]
电化学传感器 ZnS标记AChE - 100,1500 00001~005,00015~004 [55]
甲基对硫磷 cFLISA CdTe标记BSA目标复合物 水 1×10-4 1×10-4~1×103 [56]
电化学传感器 CdTeQDs标记OPH 1×10-3 0005~02,02~1 [57]
二嗪农 FRET[二嗪农(A)] Mn2+:ZnS标记MIP(D) 水溶液 005 005~06 [19]
久效磷 电化学传感器 CdTe标记AChE - 3×10-4 0001~1,2~15 [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 00038 00105~01804 [60]
拟除虫菊酯 荧光淬灭 CdSe标记MIP 水 00036 01~1000 [61]
溴氰菊酯 化学发光传感器 CdTe标记MIP 蔬菜,水果 0018 0053~465 [62]
灭多虫 荧光增强 SiO2CdTe标记杯[4]芳烃 水 008 01~50 [15]
胺甲萘 电化学传感器 CdTe标记AChE - 00006 0001~005,005~05 [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 005,001,0009 05~30,01~30,01~30 [64]
2,4D  FRET全纤维微流
体芯片
 QDs标记BSA目标复合物及抗体
[QDs(D),Cy55(A)]
水 5×10-4 5×10-4~3 [65]
cFLISA  CdTe标记碱性磷酸酯酶2,4D复
合物竞争结合抗体
- 25×10-4 25×10-4~1×10-3 [66]
敌草快 荧光检测 CdSe/ZnS:反应还原剂 燕麦 001 005~05 [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
AgCdSe/ZnS胶体增强荧光信号 02,02,01,0105~20 [68]
  注:ppmmg·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 CdTeQDs为荧光底
物,建立了毛细管胶束电动色谱激光诱导荧光法(laserin
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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% ~1067%),LOD达到0009
mg·kg-1。CariloCarión等[68]以 AgCdSe/ZnS纳米离子
作为表面增强拉曼光谱(surfaceenhancedramanscatering,
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(2,4dichlorophenoxyaceticacid,2,4DBSA)偶联 QDs,构
建FRET免疫探针,用于全纤维微流体检测水中2,4D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
31 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
002~6884μg·kg-1[7172]。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
[7375]。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5,01,02mg·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%,97%,285%,69%,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。
32 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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Rapiddetectionofextrinsicharmfulcontaminantsusingquantumdotscoated
probesandtheirapplicationprospectsintraditionalChinesemedicine
YANGXihui1,2,KONGWeijun1,YANGMeihua1,CHENShilin3,ZHAOMing2,OUYANGZhen2
(1InstituteofMedicinalPlantDevelopment,ChineseAcademyofMedicalScience&PekingUnion
MedicalColege,Beijing100193,China;
2SchoolofPharmacy,JiangsuUniversity,Zhenjiang212013,China;
3InstituteofChineseMateriaMedica,ChinaAcademyofChineseMedicalSciences,Beijing100700,China)
[Abstract] Thecontaminationofextrinsicharmfulcontaminantsincludingmycotoxins,heavymetalsandpesticides,etc,brings
seriousriskstotraditionalChinesemedicines(TCMs),furthertohumanhealthDuetotheiruniquephotoluminescence,chemilumi
nescence,electrochemicalandelectrochemiluminescenceproperties,semiconductorquantumdots(QDs)nanoparticlesarewidelyused
toimmobilizebioprobesandbiosensors,etcInthisreview,theluminescencecharacteristicsandspecificligandsofQDsprobleswhich
areusedtodeterminecontaminantsweresummedupThen,theapplicationsofQDscoatednovelprobesinthedeterminationofmyco
toxins,heavymetalsandpesticideswerediscussedindetailInaddition,thecontaminationlevelsandcharacteristicsofextrinsicharm
fulresiduesinTCMswereinvestigatedFurther,themaximumlevelsofthosecontaminantsinTCMswerecomparedwiththosesetby
variouscountriesFinaly,thefuturedevelopmenttrendsandproblemsofQDscoatedprobesinthedeterminationofthoseextrinsicres
iduesinTCMswereprospected
[Keywords] QDscoatedprobes;safetyoftraditionalChinesemedicines;mycotoxins;heavymetals;pesticides
doi:10.4268/cjcmm20132302
[责任编辑 孔晶晶]
·5004·
第38卷第23期
2013年12月
                             
Vol38,Issue 23
December,2013