基于抗体标记Au/Ir@Cu/Zn-MOF信号放大用于现场监测磺胺二甲嘧啶抗生素残留的增强型免疫传感器

《Journal of Advanced Research》：Enhanced immunosensor for point-of-care monitoring of sulfamethazine antibiotic residue based on antibody labeled Au/Ir@Cu/Zn-MOF signal amplification

期刊编辑推荐语： 针对食品中磺胺二甲嘧啶（SM2）抗生素残留检测灵敏度不足的问题，本研究开发了一种基于抗体标记Au/Ir@Cu/Zn-MOF信号放大纳米复合材料的增强型侧流免疫层析法（LFIA）。该传感器视觉检测限（vLOD）低至2.5?ng/mL，较传统胶体金（AuNP）方法灵敏度提升至少600倍，在牛奶、鳗鱼和猪肉样本中回收率良好。这项工作为食品和环境样品中痕量污染物检测提供了一种快速、灵敏的现场筛查工具。

　　

在我们的日常生活中，食品安全始终牵动着每个人的心。抗生素，尤其是磺胺类药物，因其高效抑菌和低廉成本，在畜牧业中得到了广泛应用。然而，这把“双刃剑”若使用不当，药物残留便会进入食物链，从餐桌潜藏至体内，悄然带来致病菌耐药性、过敏反应乃至致癌风险。为此，各国纷纷设立了严格的最高残留限量（MRL）。如何快速、准确地检测出食品中微量的抗生素残留，成为了守护“舌尖安全”的关键防线。

传统的现场快检技术，如侧流免疫层析法（LFIA），因其快速、直观、低成本而备受青睐。大家熟知的胶体金试纸条（如早孕试纸）便是其典型代表。但面对日益严苛的检测标准，传统方法常常“力不从心”——胶体金信号强度有限，导致检测灵敏度难以满足痕量残留的识别需求。这就像在嘈杂的集市中寻找微弱的声音，需要更强大的“扩音器”。科学家们将目光投向了纳米材料领域。其中，金属有机框架（MOFs）以其可调控的孔隙结构和巨大的比表面积，成为了承载更多信号分子的理想平台；而双金属纳米粒子（如金/铱）则因其优异的光学性质，有望发出更明亮、更易被捕捉的信号。将两者优势结合，打造新型纳米复合材料，被认为是提升LFIA性能的突破性策略。

福建农林大学等单位的研究团队在《Journal of Advanced Research》上发表了题为“Enhanced immunosensor for point-of-care monitoring of sulfamethazine antibiotic residue based on antibody labeled Au/Ir@Cu/Zn-MOF signal amplification”的研究论文。该研究正是为了解决上述难题，旨在开发一种基于Au/Ir@Cu/Zn-MOF纳米复合材料信号放大的高灵敏度免疫传感器，用于磺胺二甲嘧啶（SM₂）的现场快速检测。

为了开展研究，作者团队运用了多项关键技术方法：首先，通过免疫小鼠、细胞融合与亚克隆技术，筛选并制备了针对SM₂的高特异性单克隆抗体（mAb）。其次，采用分步合成法，先制备Au/Ir双金属纳米粒子，再将其负载到预先合成的Cu/Zn-MOF中，形成Au/Ir@Cu/Zn-MOF纳米复合材料。接着，通过共沉淀法将抗SM₂mAb标记到该纳米复合材料上，构建出mAb-Au/Ir@Cu/Zn-MOF检测探针。最后，以此探针作为信号报告分子，组装成侧流免疫层析试纸条（LFIA），用于实际样品（牛奶、鳗鱼、猪肉）中SM₂的检测与加标回收率验证。研究中使用了一系列表征技术如透射电子显微镜（TEM）、能量色散X射线光谱（EDS）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等对材料进行表征，并通过免疫层析读数仪进行定量分析。

研究结果如下：

1. 抗SM₂单克隆抗体的制备

研究人员成功将SM₂半抗原与载体蛋白（BSA/KLH/OVA）偶联合成全抗原，并免疫小鼠。通过细胞融合与亚克隆，筛选出一株能稳定分泌抗SM₂mAb的杂交瘤细胞株1B12。该抗体属于IgG1亚型，具有良好的稳定性和特异性，对磺胺甲噁唑（SMX）、磺胺噻唑（SMZ）等结构类似物无交叉反应。

2. AuNP及基于AuNP的LFIA表征

合成的胶体金（AuNP）纳米粒子平均尺寸约为25.2±1.33 nm。以其为基础构建的传统LFIA，对SM₂的视觉检测限（vLOD）为1563 ng/mL，定量检测限（qLOD）为6 ng/mL，线性范围为0.625至24 μg/mL，并显示出良好的特异性。

3. Au/Ir@Cu/Zn-MOF的制备与表征

研究成功合成了球形、平均直径约225.84±4.23 nm的Cu/Zn-MOF，并将Au/Ir双金属纳米粒子有效负载其中，形成Au/Ir@Cu/Zn-MOF纳米复合材料。EDS和XRD分析证实了Au和Ir元素的存在。该复合材料对抗体的偶联效率高达86.43%，显著高于单独的Au/Ir纳米粒子（52.5%），这主要归功于MOF的大比表面积和负载能力。

4. 基于Au/Ir@Cu/Zn-MOF的免疫传感器性能评估

使用该纳米复合材料作为信号探针构建的LFIA，其性能得到显著提升。传感器的vLOD达到2.5 ng/mL，qLOD低至0.01±0.006 ng/mL，线性检测范围为0.01至23.04 ng/mL。与基于AuNP的LFIA相比，灵敏度提高了至少600倍，且远低于100 μg/kg的SM₂最大残留限量。传感器对SM₂表现出高特异性，与其他常见抗生素（如土霉素OTC、四环素TC、氟喹诺酮FLU）无交叉反应。探针在4°C下储存15天仍保持稳定。

5. Au/Ir@Cu/Zn-MOF基LFIA的验证

在实际样品（牛奶、鳗鱼、猪肉）的加标回收实验中，该传感器表现出良好的准确性和可靠性。在2.5至200 ng/mL的加标浓度范围内，平均回收率在牛奶中为80.08–90.8%，在鳗鱼中为88–89.3%，在猪肉中为85.3–95.2%，相对标准偏差（RSD）均低于10%，证明其适用于复杂食品基质中SM₂残留的精准检测。

研究结论与意义：

本研究成功设计并合成了一种新型的Au/Ir@Cu/Zn-MOF纳米复合材料，并将其作为高效的信号放大探针，用于构建高灵敏度的侧流免疫层析传感器。该传感器凭借MOF材料的孔隙结构、大比表面积以及Au/Ir纳米粒子的信号富集作用，实现了对磺胺二甲嘧啶（SM₂）的痕量检测，其灵敏度较传统胶体金方法有数量级的提升。该研究不仅为SM₂的快速现场监测提供了一种强有力的工具，更重要的是，它所展示的“MOF负载双金属纳米粒子”的信号放大策略具有普适性，为开发用于食品安全、环境监测等领域其他痕量污染物的高灵敏、快速检测平台提供了新的思路和技术路径。尽管研究中使用的抗体亲和力尚有优化空间，且未来可集成智能手机读数平台以实现更自动化的定量分析，但当前工作无疑在提升即时检测（POCT）技术的性能方面迈出了坚实的一步。