基于量子点与碳点的三模式检测新方法：核糖体蛋白L16在动物源性食品酰胺醇类抗生素残留检测中的创新应用

针对动物源性食品中酰胺醇类抗生素（CAP、FF、TAP）残留检测方法单一的问题，研究人员基于嗜热菌核糖体蛋白L16（rpL16）开发了一种量子点（QD）与碳点（CD）联合的三模式荧光检测方法。该方法通过分子对接揭示识别机制，实现了肉眼可视化、智能手机RGB分析和仪器荧光检测的多模式输出，在鸡蛋中的检测限低至0.05-0.17 pg/g（仪器模式），为多场景抗生素残留监测提供了灵活高效的技术支撑。

　　

动物源性食品中的抗生素残留问题日益引发公众健康担忧，其中酰胺醇类抗生素——氯霉素（CAP）、氟苯尼考（FF）和甲砜霉素（TAP）的残留尤为引人关注。这类抗生素虽能有效防治细菌感染，但潜藏巨大风险：CAP可能抑制骨髓造血功能，诱发再生障碍性贫血，还能通过胎盘屏障导致灰婴综合征；FF和TAP虽骨髓毒性较低，但仍具肝肾毒性。更令人担忧的是，所有酰胺醇类药物均存在生态毒性，可能导致微生物群落失衡和超级耐药菌的出现。因此多数国家已禁止CAP用于食品动物，并对FF和TAP实施使用限制。然而，现有检测方法多依赖单一模式免疫分析，难以满足不同场景下的快速筛查需求。

在这一背景下，研究人员将目光投向了核糖体蛋白L16（rpL16）——一种存在于细菌50S核糖体亚基的关键蛋白。研究表明，CAP正是通过特异性结合rpL16抑制肽酰转移酶活性，从而阻断蛋白质合成。这种特异性结合特性使rpL16成为检测酰胺醇类抗生素的理想生物识别元件。与传统抗体相比，受体蛋白具有制备简便、成本低廉且识别谱广等优势。

研究人员选择嗜热栖热菌（Thermus thermophilus）的rpL16蛋白作为研究对象，通过分子对接技术深入探究其与三种酰胺醇类抗生素的相互作用机制。为构建多模式检测体系，团队将rpL16与红色量子点（QD）偶联制备识别元件（rpL16-QD），同时将TAP与蓝色碳点（CD）结合制备荧光示踪剂（TAP-CD）。基于这两种新型纳米材料，研究人员开发了直接竞争微板检测法：当样品中无酰胺醇类药物时，TAP-CD与rpL16-QD结合产生紫色荧光；当药物存在时，竞争结合导致荧光颜色由紫变红，RGB值增加，荧光强度降低。这种巧妙的设计使检测结果可通过肉眼观察、智能手机拍照和多功能酶标仪三种模式读取，极大提升了方法的适用性。

该研究发表于《One Health Advances》，团队运用了几个关键技术：通过原核表达系统制备嗜热栖热菌rpL16重组蛋白；采用分子对接软件YASARA分析蛋白与药物的相互作用机制；利用活性酯法将rpL16与量子点偶联，戊二醛法将TAP与碳点结合；建立基于96孔板的直接竞争荧光检测体系；使用鸡蛋样本进行方法验证与实际应用。

表征结果证实关键试剂成功制备

研究通过双酶切验证表达载体构建成功（图2A），琼脂糖凝胶电泳显示rpL16基因包含T7启动子全长681 bp（图2B）。SDS-PAGE证实获得分子量15.95 kDa的可溶性蛋白（图2C），Western blotting通过His标签抗体验证蛋白正确表达（图2D）。rpL16-QD的紫外扫描显示量子点与蛋白结合特征（图3A），荧光光谱保持红色量子点特性（图3B）；TAP-CD的紫外扫描显示碳点与TAP结合特征（图3C），荧光光谱保持蓝色碳点特性（图3D）。

试剂评价证明多模式检测可行性

荧光图像显示TAP-CD呈蓝色荧光，rpL16-QD呈红色荧光，两者混合后随浓度变化产生从蓝到紫到红的颜色渐变（图4A），证实肉眼观察和智能手机RGB分析的可行性。荧光发射波段分离表明两种信号互不干扰（图3B，D），支持仪器检测模式。特异性实验表明：三种酰胺醇类药物添加后荧光强度抑制率达70%-80%，RGB值抑制率达45%-98%；而其他药物（阿莫西林、克伦特罗、磺胺嘧啶）几乎无影响（图4B，C），证明方法对酰胺醇类的高度特异性。

方法优化确定最佳检测条件

通过方阵法确定最佳试剂浓度：rpL16-QD 6.0 μg/mL，TAP-CD 3.0 μg/mL时抑制率最高（图S1A）；竞争时间30分钟时反应达到平台期（图S1B），这些条件被用于后续实验。

检测性能满足实际应用需求

在鸡蛋样品中，三种检测模式均表现出优异性能：肉眼可视化检测限为1.0 ng/g（图5A）；智能手机检测限为CAP 9.9 pg/g、FF 10 pg/g、TAP 104 pg/g（图5B）；仪器检测限达CAP 0.12 pg/g、FF 0.05 pg/g、TAP 0.17 pg/g（图5C）。加标回收实验显示方法具有良好的准确度和精密度（表S1）。

实际样本验证方法可靠性

50份鸡蛋样本检测中，仅一份样本在三模式检测中均呈阳性：智能手机检测值为7.2 ng/g，仪器检测值为8.9 ng/g（CAP）。LC-MS/MS验证该样本确实含有FF残留，其他样本均为阴性，证明方法具备实际应用价值。

分子对接揭示识别机制

研究发现rpL16由两个α螺旋和五个β折叠构成（图6A），结合口袋为α2和β5形成的谷状空腔（图6B）。三种药物均对接于口袋中心：CAP通过侧链氧原子与HIS123和LEU125形成两个氢键，苯环与LYS128产生疏水作用（图6C）；TAP通过侧链氧原子与HIS123和LYS128形成两个氢键，苯环与LYS128产生疏水作用（图6D）；FF通过磺酰基氧原子与LYS128形成氢键，苯环与HIS123和LYS128产生多个氢键（图6E）。结合能分析显示rpL16与三种药物结合能相近（4.15-5.38 kcal/mol），主要作用力为氢键，次要作用力为疏水作用，HIS123和LYS128为关键氨基酸残基。这种相似的识别机制解释了方法为何能同时检测三种药物且灵敏度相当。

该研究首次报道了基于量子点与碳点的三模式小分子化合物检测方法，解决了传统免疫分析方法模式单一的问题。rpL16作为识别元件的使用，比传统抗体、单链抗体和适配体更简便经济，且具有更宽的检测谱和更高的灵敏度。方法在鸡蛋样本中表现出卓越性能，三种检测模式为不同应用场景提供了灵活选择：现场快速筛查可用肉眼观察，半定量分析可用智能手机，精确定量则可用仪器检测。分子对接研究从结构层面揭示了rpL16与酰胺醇类药物的相互作用机制，为受体蛋白在检测领域的应用提供了理论依据。这项研究不仅为动物源性食品中酰胺醇类抗生素残留监测提供了多功能技术平台，也为其他小分子化合物的多模式检测方法开发提供了重要参考。