基于Fe3O4@噬菌体/细菌系统以及聚集诱导发光剂的牛奶中β-内酰胺类抗生素的多重检测方法

《Analytica Chimica Acta》：Multi-screening of beta-lactam antibiotics in milk based on Fe3O4@phage/bacteria system and aggregation induced emission luminogen

　　

苏涵王|宁玛|建平王

河北农业大学兽医学院，中国河北省保定市071000

摘要

背景

在以往的快速筛选方法中，抗体、分子印迹聚合物、适配体和受体通常是常用的识别试剂。众所周知，细菌表面有许多抗生素受体，因此理论上整个细菌可以用作识别试剂来筛选特定的抗生素。然而，目前尚未有相关方法的报道。本研究的目的是开发一种利用大肠杆菌作为识别试剂、聚集诱导发光剂作为信号源的牛奶中β-内酰胺类药物的快速筛选方法。

结果

在本研究中，T4噬菌体与Fe₃O₄结合，合成了一种能够特异性捕获大肠杆菌（E. coli）的磁性复合物。头孢氨苄与聚集诱导发光剂（四苯乙烯）结合，合成了一种能够特异性结合大肠杆菌表面青霉素结合蛋白的荧光示踪剂。将磁性复合物、大肠杆菌溶液和示踪剂混合后加入β-内酰胺类药物进行竞争实验。示踪剂分子在细菌表面聚集产生的荧光信号与药物浓度呈负相关。该方法可用于28种β-内酰胺类药物的多重筛选。操作简单快捷，对这些药物的检测灵敏度（检测限为0.73-95.19 pg/mL）比基于荧光素的示踪剂提高了16-959倍。实际牛奶样品的检测结果与LC-MS/MS方法一致。

意义

这是首次报道使用噬菌体/细菌系统和聚集诱导发光剂检测食品中抗生素残留的研究。在本文的指导下，未来应会有更多基于细菌和新型信号源的类似或更先进的方法被报道。

章节摘录

引言

动物源性食品中的兽药残留可能对消费者带来多种潜在风险。例如，四环素的残留可能导致胃肠道紊乱和过敏反应，而磺胺类药物的残留可能导致菌群失调和肠道微生态失衡。因此，检测动物源性食品中的兽药残留非常重要。由于免疫测定具有较高的分析能力，成为最常用的方法。

试剂

头孢曲松（CRO）和头孢氨苄（CEX）购自中国国家食品药品监督管理局。头孢美他唑（CMZ）、头孢噻胺（CSU）、头孢氯氨苄（CCL）、头孢呋辛（CTX）、头孢氧嗪（FOX）、头孢噻吩（CEP）、头孢哌酮（FEP）、头孢唑肟（CZX）、头孢唑啉（CZO）、头孢他啶（CTX）、头孢呋辛酯（CDZ）、头孢克肟（CFM）、头孢喹诺酮硫酸盐（CQN）、头孢哌酮钠（CFP）、头孢拉定（CED）、阿莫西林（AMX）、羧苄青霉素钠（CB）、氯唑西林钠（CXM）等试剂也用于实验。

测定原理

本研究基于以下三个原理：首先，TPE是一种经典的聚集诱导发光（AIEgens）物质，在分子状态下几乎不发光或仅发出微弱光，而在聚集状态下会发出强光。因此，标记有TPE的示踪剂（TPE-CEX）也具有这一特性。其次，TPE-CEX分子和BLA分子都能与大肠杆菌表面的青霉素结合蛋白结合，从而竞争性地与受体结合。第三，T4噬菌体对大肠杆菌具有高度特异性。

结论

细菌表面含有许多抗生素受体，因此可以利用细菌作为识别试剂来开发竞争性筛选方法。但目前尚未有相关方法的报道。本研究首次采用Fe₃O₄@T4+大肠杆菌系统和标记有AIEgens的荧光示踪剂，开发了一种用于检测β-内酰胺类药物的荧光方法。该方法基于T4噬菌体对大肠杆菌的特异性识别能力。

CRediT作者贡献声明

宁玛：方法学设计。建平王：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、概念构思。苏涵王：方法学设计

伦理标准遵守情况

所有作者声明没有利益冲突。

? 作者声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

河北省自然科学基金（C2020204130）和河北省研究生创新能力培养项目（CXZZBS2025089）的财政支持。