基于金纳米颗粒的侧向流动条带的开发,用于检测牛奶和牛肉中的异甲嘧啶氯化物

《Food Bioscience》:Development of lateral flow strips based on gold nanoparticles for isometamidium chloride detection in milk and beef

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月20日 来源:Food Bioscience 6.2

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  摘要异硝胺氯(ISM)是预防和治疗非洲锥虫病的主要药物之一。其残留物可通过食物链在人体内积累,导致一系列毒性效应,对人类健康构成严重威胁。因此,开发一种高特异性、快速且灵敏的检测方法尤为重要。由于半抗原-载体结合体的性能不能仅从游离分析物的结构来预测,因此同时评估了ISM和两种结

  

摘要

异硝胺氯(ISM)是预防和治疗非洲锥虫病的主要药物之一。其残留物可通过食物链在人体内积累,导致一系列毒性效应,对人类健康构成严重威胁。因此,开发一种高特异性、快速且灵敏的检测方法尤为重要。由于半抗原-载体结合体的性能不能仅从游离分析物的结构来预测,因此同时评估了ISM和两种结构相关的化合物——溴化乙锭(H1)和二硝胺(H2)作为候选免疫半抗原和包被半抗原。通过对所得结合体的交叉筛选,确定ISM-KLH为优选的免疫原,H1-BSA为优选的异种包被抗原。利用这种组合,制备出了一种高特异性和灵敏度的针对ISM的单克隆抗体mAb-5F2。该抗体的IC50值为1.05 ng/mL,检测范围为0.429-2.579 ng/mL。随后,开发了一种用金纳米颗粒(AuNPs)标记的灵敏度高的免疫层析试纸条。肉眼可见的检测限(vLODs)在牛奶中为10 ng/mL,在牛肉中为20 μg/kg,而读数仪计算出的检测限(cLODs;IC10)分别为1.082 ng/mL和3.926 μg/kg,回收率在91.9%到106.1%之间。通过与液相色谱-串联质谱法的比较,验证了该检测方法的稳定性和准确性。该方法适用于快速筛查和现场检测各种复杂基质中的ISM兽药残留。

引言

异硝胺氯(ISM)目前是用于预防和治疗非洲锥虫病的主要药物之一(Couto等,2025年;Fritzen等,2025年)。非洲锥虫病是一种由三种锥虫引起的复杂传染病,是撒哈拉以南非洲地区最严重的牲畜疾病之一(Giordani等,2019年;Morrison, Vezza, Rowan, & Hope,2016年)。根据联合国粮食及农业组织关于非洲锥虫病控制计划的报告,该疾病每年导致约300万头牛死亡,仅牛类的经济损失就高达10亿美元至12亿美元(Desquesnes等,2022年)。
气候变化和农业及畜牧业现代化的快速发展增加了农药和兽药的使用(H. Chen等,2026年)。兽药常用于畜牧业以确保动物健康(Liang, Xu, Peng, Ma, & Zhao,2023年),但其残留物可能通过食物链在人体内积累,从而引发一系列食源性疾病(Dong等,2025年;Yang等,2025年)。现有的动物毒理学研究表明,ISM表现出一定的器官毒性,主要表现为肝脏和肾脏功能障碍,并可导致严重的循环系统功能障碍和细胞结构损伤。就其作用机制而言,ISM能够特异性地抑制线粒体DNA(也称为动质体DNA,kDNA)中的II型拓扑异构酶(Surve & Jindal,2021年)。这会导致kDNA结构浓缩和降解,最终引发细胞死亡(Tihon, Imamura, Van den Broeck, Vermeiren, Dujardin, & Van Den Abbeele,2017年)。鉴于ISM在畜牧业中的使用可能导致其残留物在动物源性食品中持续存在并在食物链中积累,从而对食品安全和人类健康构成潜在风险,因此建立高效灵敏的ISM残留物检测方法具有重要的实际意义。
许多国家已经为动物源性食品中的ISM制定了最大残留限量(MRLs)。中国规定牛奶和牛肉中的ISM MRL为100 μg/kg,而肝脏和肾脏的MRL分别为500 μg/kg和1000 μg/kg。目前,ISM主要通过液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)、超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)和固相萃取-高效液相色谱(SPE-HPLC)等方法进行检测(Y. G. Li等,2011年;Schad, Euerby, Skellern, & Tettey,2012年)。然而,这些仪器检测方法在成本和时间消耗方面存在显著缺点。这些方法依赖昂贵的专用设备,需要复杂的样品预处理,分析周期长,数据解释复杂(Z. Li等,2025年;Lu等,2024年;Wu, Li, Xu, Zhu, Huang, & Chen,2019年)。目前,快速、现场检测ISM的方法仍然相对匮乏。现有的检测方法大多依赖于大型、精密的仪器。同时,牛奶和牛肉等复杂基质中含有脂肪、蛋白质和多种其他复杂成分,这大大增加了检测和分析的难度(Z.-P. Chen等,2025年;Farooq等,2024年;Jung, Kim, Nam, Seo, & Yoo,2022年),导致预处理程序复杂、检测周期长、设备成本高以及难以实现实时现场检测等限制,无法满足快速现场检测的需求(Wang等,2021年)。因此,建立一种高效灵敏、操作简便、适用于肉类和乳制品中ISM残留物快速现场检测的技术对于提高兽药残留物检测效率和确保食品安全具有重要的实际意义。近年来,侧向流动免疫分析(LFIA)技术因具有高特异性、操作简便和检测成本低等优点而受到重视(Y. Wang等,2025年;Xu等,2026年)。它已广泛应用于快速筛查动物源性食品中的目标物质,如兽药残留、霉菌毒素、致病细菌和环境污染物,成为现场快速检测领域最常用的分析技术之一(Bao, Yuan, Xiao, Liu, & Lai,2022年;C. Li, Wu, Wang, Jiao, Li, & Liu,2025年;Sharma, Javed, Byrne, & Tian,2025年)。
据我们所知,尽管尚未有专门针对ISM残留物的LFIA方法报道,但LFIA已应用于结构相关的化合物二硝胺的检测。已经开发了一种基于胶体金的免疫层析试纸条用于牛奶中二硝胺的检测(L. Chen等,2020年),以及一种超灵敏的基于AuNP的免疫层析试纸条用于牛肉和牛肝中二硝胺的检测(Chao等,2021年)。这些研究表明LFIA可用于快速筛查动物源性食品中的锥虫病药物残留物;然而,它们并未涉及ISM的检测。因此,仍需要开发一种针对牛奶和牛肉中ISM残留物的灵敏且特异性的LFIA方法。在开发小分子抗体时,母体分析物并不一定是最优的免疫半抗原,因为抗体反应不仅受半抗原分子性质的影响,还受其与载体蛋白结合后呈现形式的影响(P. Li等,2024年;Wen, Bai, Wei, Li, Shen, & Wang,2020年)。因此,我们没有预先确定它们的最终角色,而是对ISM和两种结构相关的化合物——溴化乙锭(H1)和二硝胺(H2)进行了计算机辅助的比较分析。比较了它们的最低能量构象、理化性质、Mulliken原子电荷和静电势(ESP)分布,以评估与潜在表位呈现相关的结构和电子相似性和差异。这些计算分析为候选物质的评估提供了理论指导,但并未单独用于确定最终的免疫原-包被抗原组合。随后,将ISM、H1和H2分别与钥匙孔帽贝血蓝蛋白(KLH)和牛血清白蛋白(BSA)结合,进行免疫和交叉筛选实验。通过这种交叉筛选选出的抗体随后被用于开发并评估了基于AuNP的LFIA方法,用于检测牛奶和牛肉中的ISM。

章节摘录

化学物质和设备

异硝胺氯购自Altascientific Co., Ltd.(中国天津);二硝胺购自J&K Scientific Co., Ltd.(中国上海);溴化乙锭购自Yingxin Laboratory Equipment Co., Ltd.(中国上海);亚硝酸钠、戊二醛(GA)、氢氧化钠、聚乙二醇1500(PEG 1500)、弗氏完全佐剂和弗氏不完全佐剂均为生化级;钥匙孔帽贝血蓝蛋白(KLH,目录号374805-1 GM)及

半抗原结构的计算机辅助分析

ISM含有一个菲啶核和一个通过三唑键连接的末端氨基取代的芳基。选择H1和H2作为结构相关的候选物进行比较评估。由于半抗原-载体结合体的性能不能仅从游离半抗原的结构来推断,因此这三种化合物均作为候选免疫半抗原和候选包被半抗原进行了实验评估。它们的最终角色仅在免疫后确定

结论

在本研究中,ISM及其结构相关的化合物H1和H2同时作为候选免疫半抗原和包被半抗原进行了评估。这种设计并未假设H1或H2会在免疫过程中取代ISM;而是认识到半抗原-载体结合体的免疫原性能不能仅从游离分析物的结构来预测。实验交叉筛选表明,ISM-KLH是优选的免疫原,而H1-BSA是

CRediT作者贡献声明

徐传来:撰写 – 审稿与编辑,撰写 – 原稿,监督,方法学。孙茂忠:撰写 – 审稿与编辑,撰写 – 原稿,验证。张玉彤:撰写 – 原稿,项目管理,数据管理,概念化。郭凌玲:可视化,验证。徐欣欣:项目管理,数据管理。郝长龙:项目管理。许立光:资源,项目管理。匡华:监督,方法学,

未引用参考文献

Hu等,2020年;Li等,2024年;Li等,2025年;Wang等,2025年。

利益冲突

作者声明他们与本手稿所述的工作没有利益冲突。

数据可用性

本研究中生成和分析的数据集可应要求向相应作者索取。

遵守伦理标准

本文不包含任何涉及人类受试者的研究。所有动物研究均在江南大学动物福利委员会的指导下进行。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家重点项目研究计划(2023YFF1105000)的财政支持。
张玉彤|郭凌玲|徐欣欣|郝长龙|许立光|匡华|刘立强|徐传来|孙茂忠
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