作者团队介绍

第一作者：Huimei Li

通讯作者：

叶永康 副教授

合肥工业大学生物与食品工程学院

研究领域：

1. 生物传感方法

2. 食品安全分析及检测

研究背景

近年来，公众对芝麻过敏的关注度显著上升。据统计，普通人群中芝麻过敏的患病率估计在0.1%至0.2%之间。目前已知的芝麻过敏原有7种（Ses i 1 - Ses i 7），其中，来自油质蛋白（Oleosin）家族的Ses i 4和Ses i 5由于其疏水性强、在芝麻中含量低，难以通过传统的皮肤点刺试验或水相体系免疫反应进行有效检测。然而，研究表明它们却是芝麻过敏患者的主要致敏原。常规的ELISA（酶联免疫吸附测定）等方法在检测这类与油脂结合的蛋白时，容易受到脂质和表面活性剂的干扰，而有机溶剂的使用又会影响抗原抗体识别效率。考虑到芝麻过敏患者的反应阈值极低（可能低至 1mg），开发高灵敏、高特异性的检测技术已成为保障食品安全的关键需求。

合肥工业大学叶永康副教授团队在Foods发表的一篇研究论文“Development of a Novel Electrochemical Immunosensor for Rapid and Sensitive Detection of Sesame Allergens Ses i 4 and Ses i 5”，旨在开发一种新型无标记电化学免疫传感器，用于快速灵敏地检测芝麻油质蛋白Ses i 4和Ses i 5的潜在过敏活性。

研究主要内容

本研究聚焦于 Ses i 4 和 Ses i 5 两种关键芝麻过敏原，设计并制备了一种无标记电化学免疫传感器，该传感器的核心在于利用一种创新的金纳米颗粒-聚乙烯亚胺-多壁碳纳米管（AuNPs–PEI–MWCNTs）纳米复合材料，通过合成，并修饰到玻碳电极表面，增强电极的电化学性能，通过定向固定抗体提高检测特异性，以实现对芝麻过敏原的快速定量分析，可应用于不同烘烤条件下芝麻样品的检测。

研究过程与结果

1. 关键材料合成与传感器制备

采用通过一步合成法制备 AuNPs-PEI-MWCNTs 纳米复合材料，通过聚乙烯亚胺（PEI）解决多壁碳纳米管（MWCNTs）的团聚问题，同时实现金纳米颗粒（AuNPs）在 MWCNTs 表面的原位生长与均匀分散。

传感器制备采用层层组装策略：将纳米复合材料修饰于玻碳电极表面，依次固定链霉亲和素（SPA）、Ses i 4/Ses i 5 多克隆抗体，最后用牛血清白蛋白（BSA）封闭非特异性结合位点，完成传感器构建。

图1. AuNPs–MWCNTs–PEI纳米复合材料合成示意图；（B）用于测定Ses i 4或Ses i 5的免疫传感器的制备流程示意图。

2. 材料与传感器性能表征

经场发射透射电子显微镜（FE-TEM）和紫外 - 可见吸收光谱验证，AuNPs（直径 5-20nm）成功负载于 MWCNTs 表面，复合材料分散性良好，在 525.5nm 处出现 AuNPs 特征吸收峰。

循环伏安法（CV）测试表明，AuNPs-PEI-MWCNTs 复合材料显著提升电极电子传导效率，传感器组装各阶段的电化学信号变化证实抗原抗体特异性结合成功。

图2.（A）浓度为2 mg/mL的多壁碳纳米管（MWCNTs）（a）、PEI–MWCNTs（b）和AuNPs–PEI–MWCNTs（c）在蒸馏水中的分散照片。（B）PEI、AuNPs–PEI、MWCNTs和AuNPs–PEI–MWCNTs的紫外-可见吸收光谱。（C,D）MWCNTs和AuNPs–PEI–MWCNTs的场发射透射电子显微镜（FE-TEM）图像。

3. 检测条件优化与性能验证

优化确定最佳检测条件：检测体系 pH=7.4，纳米复合材料浓度 1.5mg/mL，抗体孵育温度 37℃，抗原孵育时间 60min。

在优化条件下，免疫传感器在50到800 ng/L的检测范围内表现出线性响应，Ses i 4和Ses i 5的检测限分别为0.616 ng/L和0.307 ng/L。

图3. Ses i 4的免疫传感器的性能分析。（A）在0.1 V/s的扫描速率下，不同浓度（0、50、100、200、400、800 ng/L）Ses i 4标准品在5 mM [Fe(CN)₆]^3-/^4- 溶液中的线性扫描伏安法（LSV）响应；（B）免疫传感器在50–800 ng/L Ses i 4范围内的相应校准曲线（lgC 对ΔI）；插图为电流与 Ses i 4 浓度的关系曲线（误差棒表示标准差，n = 3）。

图4. Ses i 5的免疫传感器的性能分析。（A）在0.1 V/s的扫描速率下，不同浓度（0、50、100、200、400、800 ng/L）Ses i 5标准品在5 mM [Fe(CN)₆]^3-/^4- 溶液中的线性扫描伏安法（LSV）响应；（B）免疫传感器在50–800 ng/L Ses i 5范围内的相应校准曲线（lgC 对ΔI）；插图为电流与 Ses i 5 浓度的关系曲线，（误差棒代表标准差，n=3）。

4. 实际样品检测应用

将传感器应用于不同温度（120°C, 150°C, 180°C）烘焙的芝麻样品检测，结果表明，在大多数烘焙条件下，该传感器与商业ELISA试剂盒的检测结果具有良好的一致性，且在高温（180°C）处理后，其检测结果可能更真实地反映了因蛋白质结构变化而导致的致敏性潜力下降，显示出其在复杂食品基质中应用的潜力。

研究成果

1.建立了一种新型无标记电化学免疫传感技术，为 Ses i 4 和 Ses i 5 提供了高灵敏、快速的定量检测方案，检测范围宽（50-800ng/L）且特异性良好。

2.在烤芝麻样品中的有效检测，验证了该免疫传感器在实际食品检测中的可行性和准确性。

3.该技术相比 ELISA、LC-MS/MS 等传统方法，兼具操作简便、成本可控、便携性强等优势，为食品中芝麻过敏原的实时监测提供了新工具。

研究总结与展望

本研究通过开发一种基于AuNPs–PEI–MWCNTs纳米复合材料的新型电化学免疫传感器，实现了对芝麻过敏原Ses i 4和Ses i 5的高灵敏度和选择性检测。该传感器不仅在检测限和检测范围上优于传统方法，而且在稳定性和抗干扰能力方面也表现出色。这一创新方法为食品过敏检测领域提供了新的技术手段，具有重要的应用价值。

未来通过进一步优化纳米复合材料合成工艺和抗体识别机制，有望开发出性能更优的下一代免疫传感器，为食品安全保障和过敏人群健康防护提供更有力的支持。

原文信息

https://www.mdpi.com/2304-8158/14/1/115

Li, H.; Pan, T.; He, S.; Sun, H.; Cao, X.; Ye, Y. Development of a Novel Electrochemical Immunosensor for Rapid and Sensitive Detection of Sesame Allergens Ses i 4 and Ses i 5. Foods 2025, 14, 115. https://doi.org/10.3390/foods14010115