荧光检测法检测双酚A的研究进展

Research Progress of the Detection of Bisphenol A by Fluorescence Detection Method

摘要: 双酚A (BPA)在工业上有广泛应用，但同时也是众所周知的内分泌干扰物，可对生物体造成不可逆的损害，并导致严重疾病。因此，BPA的测定方法，尤其是对于低含量的BPA的灵敏检测方法，引起越来越多的关注。目前，传统的BPA检测方法主要有高效液相色谱法、气相色谱法、气相色谱–质谱法、电化学检测等，但是由于这些方法仪器设备昂贵、操作复杂，在实际应用中受到了一定限制。荧光检测法具有成本低廉、高选择性、高灵敏性的特点，成为检测BPA的一种优良方法。本文主要介绍了荧光检测法检测BPA的最新研究进展。

Abstract: Bisphenol A (BPA) is widely used in industry. At the same time, it is also a well-known endocrine disruptor that can cause irreversible damage to organisms and lead to severe diseases. Therefore, the determination method of BPA, especially for the sensitive detection method of BPA with low content, attracts more and more attention. At present, traditional methods for BPA detection mainly include HPLC, GC, GC-MS, electrochemical detection, and so on, but they have been limited in practical applications because of the expensive instrument and complicated operation. The fluorescence detection method has the characteristics of low cost, high selectivity, and high sensitivity, making it an excellent method for the detection of BPA. In this paper, we mainly describe the recent development of the fluorescence detection method for the detection of BPA.

1. 引言

双酚A (Bisphenol A)，学名2,2-二(4-羟基苯基)丙烷，简称二酚基丙烷(BPA)，相对分子质量228，熔点155℃~158℃，沸点250℃~252℃，常温下为白色固体。由于BPA具有良好的耐热性、抗破碎性和透明度，主要用于生产聚碳酸酯(PC)和环氧树脂等多种高分子材料。由BPA和光气(COCl₂)聚合形成的PC，具有无色透明、轻巧耐用和不易碎裂等特性 [1] ，含有BPA的环氧树脂主要用于食品及饮料容器的内部涂层，与食物直接接触 [2] 。

由于BPA在许多行业中的广泛应用，BPA已受到了越来越多的关注。BPA作为一种异种雌激素，对于内分泌系统、生殖系统和免疫系统等均有一定影响，可对生物体造成不可逆的损害，并导致严重疾病 [3] 。长期接触BPA可减少精子数量，并损害男性生育能力，BPA浓度为10 mol/L时，可直接导致男性支持细胞和精子细胞的急性死亡 [4] 。并且还可导致其他不良影响，如子宫内膜异位、性功能障碍、哮喘、心血管疾病等；严重情况下，BPA甚至可刺激乳腺癌 [5] [6] 。在监测中发现，由于在合成过程中不完全的聚合反应，以及使用过程中的分解等，都可能导致BPA单体残留，且当处于高温、酸性或碱性条件下时，BPA会从包装材料、垃圾或者是废水中转移并存在于室内粉尘、地表水、沉积物和废水等环境中 [7] 。因此，包括欧盟在内的多个国家对于低含量BPA的检测格外重视，设计灵敏安全的BPA的检测方法得到了广泛关注。

目前，传统的BPA检测方法主要为各种色谱技术，如高效液相色谱(HPLC) [8] [9] 、气相色谱(GC) [10] 、气相色谱–质谱(GC-MS) [11] 、超高效液相色谱–质谱(UPLC-MS/MS) [12] 、凝胶吸附法 [13] 、电化学检测 [14] [15] [16] 等已用于BPA的常规检测。但是这些技术普遍昂贵、耗时且操作复杂，在实际应用中受到了很大的限制，如表1列举了BPA的传统检测方法。为了减少BPA对于人体机能的不利影响，使用的检测方法应具有较低的检出限和相对广泛的线性范围。与传统的检测方法相比，荧光检测法具有高选择性、高灵敏性的特点，使其成为检测BPA的一种优良方法。本文主要介绍了荧光检测法检测BPA的最新研究进展。

2. 荧光检测法进展

2.1. 荧光探针

Sheng等人在2018年将抗双酚A抗体偶联羧基功能化的上转换发光纳米颗粒作为信号探针，包被抗

Table 1. Traditional detection methods of Bisphenol A

表1. BPA的传统检测方法

原共轭羧基功能化的磁性聚苯乙烯微球作为捕获探针，建立了一种以荧光免疫分析法为基础的荧光探针技术，在检测水中BPA时的检出限为0.02 μg/L [17] 。

Zhang等人在2019年将羧基功能化的磁性纳米颗粒与巯基乙胺包封的Mn²⁺掺杂的ZnS量子点偶联，合成磁性核–壳型荧光探针(FeOx/ZnS@MIPs)，检出限为0.362 6 μg/L [18] 。Kadam等人在2019年利用环糊精功能化ZnO QDs用于BPA的荧光检测，BPA浓度在2~10 μM范围内呈线性关系，检出限为0.19 μg/L [19] 。

Liu等人在2020年开发了一种利用荧光各向异性分析，基于适配体的BPA检测方法。该方法结合了荧光各向异性分析(FA)重现性好、对荧光波动不敏感的优点和核酸适配体的优点，使用单个TMR标记的针对BPA的35聚体适配体进行BPA检测；筛选了适配体上的不同标记位点后，选择FA响应最强的BP35-22T-TMR探针，并在优化条件下实现了BPA的FA检测，检测限为0.5 μmol/L。该方法在水样分析中具有显著作用 [20] 。

汪海洋在2020年以MCOFs为载体，碳点(CDs)作为外源荧光信号物质，制备了一种磁性COFs基碳点分子印迹复合荧光探针(MCOFs@CDs@MIP)，实验过程中发现MCOFs@CDs@MIP在360 nm光的激发下，在450 nm处有荧光发射的现象，具有对BPA的高度选择性。该方法线性范围在25 μg /L~3000 μg/L之间，检测限为12 μg/L (S/N = 3)，回收率在86.9%~102.0%之间 [21] 。

Saraji和Alijani在2021年通过在Cr₂O₃ NPs上形成分子印迹聚合物(MIP)壳，建立了一种用于检测BPA的荧光探针，同时兼具了高选择性和强荧光特性。通过使用一锅沉淀聚合的方法将MIP层锚定在Cr₂O₃ NPs表面上并对该纳米颗粒进行表征，发现其在360 nm处显示出强烈的荧光发射，在300 nm处激发，BPA存在时荧光猝灭——原因是3-MPAccapped Cr₂O₃ NPs表面的羧酸基团与BPA的羟基之间形成氢键，Cr₂O₃ NPs的光诱导能量转移到复合物，导致荧光猝灭的现象。光学传感器的动态范围为0.04~4.4l mol/L，检测限0.015 lmol/L [22] 。

Wei等人在2021年开发了一种以BPA-适配子为识别单元，黄连素为荧光探针的一种无标记适配子传感系统。通过研究不同的pH、金属离子和平衡时间对荧光淬灭反应的影响，最终在以pH = 7.4的PbS作为缓冲溶液、150 nm的钠离子和20 nm的镁离子作为传感系统，平衡时间5 min的条件下进行实验。在最佳实验条件下，小檗碱/BPA-适配体传感系统的荧光强度在0~1300 mM范围内与BPA浓度呈现良好的线性关系，回收率在92.4%~102.3%之间，检测限为32 nm [23] 。

Li等人在2022年基于碳点开发了一种用于检测BPA的探针(CDs@Eu-AMP)，该探针由Eu³⁺和50-腺苷一磷酸在含有大量羟基和羰基的碳点表面配位聚合而成。检测结果表明，荧光强度比与BPA浓度在0.1~100 mM的宽范围内具有良好的线性关系，线性方程为F439/F623 = −0.01064c + 1.4590。在0.1~100.0 mM的宽范围内对BPA表现出灵敏的响应，检测限低至20 nM。此外，该研究还利用固定在试纸上的CDs@Eu-AMP开发了一种便携式纸基视觉比例探针，用于BPA检测。该项目成功研制了一种用于BPA测定的高选择性、高灵敏度比的荧光探针，可视化纸基比色探头方便快捷、价格低廉[15]。

2.2. 荧光传感器

许宙等人在2018年制备了一种在金纳米粒子表面上修饰BPA适配体作为能量受体探针，在水溶性的UCNPs表面修饰适配体互补链形成功能化UCNPs作为能量供体的BPA生物传感检测法。检测其功能化，UCNPs呈现出良好的分散性，颗粒大小相对均匀；由在543 nm处的特征峰处荧光强度逐渐提高可知，与BPA浓度之间存在线性关系y = 18.967 ln(x) + 539.36 (R² = 0.9923)，即在1 × 10⁻⁹~1 × 10⁻³ mol/L时存在线性关系，检出限低至1 × 10⁻¹⁰ mol/L [24] 。

何珊等人在2019年利用SYBR Green I对ssDNA具有较弱结合能力的特性，能够使荧光信号强度迅速减弱以应用于检测过程中，构建了一种在10 nM~105 nM的BPA浓度范围内，呈良好的线性关系且检测限(LOD)为3.261 nM的核酸适配体传感器 [25] 。梁丽娜同样在在2021年构造了一种以核酸适配体和生物炭(BC)为荧光淬灭原件(BC-cDNA)的传感器(MB-Apt-BC)；实验验证了BC对FAM荧光具有很高的淬灭能力，结果表明，BPA浓度在0~50 ng/mL范围之间时，呈现出线性关系，检测限为1.12 ng/mL (4.9 nM) [26] 。

梁红璇等人于2020年建立了一种基于多色上转换纳米材料的适配体荧光传感器用于检测BPA的检测方法。由于适配体纳米颗粒与AuNP-cDNA结合后发生猝灭，应选择荧光值最低的条件进行优化，因此选择pH = 7.3的0.1 mol/L Tris-HCl + 0.03 mol/L MgCl₂作为缓冲液；结果表明，该方法的回收率为92.65%~105.65%，线性范围为5~120 ng/mL，检出限为4.78 ng/mL，且具有良好的特异性 [27] 。

Zhang等人于2021年利用半共价印迹法制备了一种用于测量BPA的新型介孔荧光分子印迹传感器。实验中将分子印迹层涂覆在CDs二氧化硅层上，为BPA提供特定的识别位点。讨论中对于CDs@MIP的合成条件进行了优化，使用1:3:7的模板分子、交联剂和功能单体的比率作为最佳合成条件，此时F0/F为最大值；最佳的CDs添加量为100 mL。该传感器的线性范围为0.025 mg/L~2 mg/L，检出限为0.016 mg/L，回收率在92.5%至101.1%之间 [28] 。

Pan等人于2021年构建了一种用于检测BPA的新型的荧光生物传感器，通过将放大DNA电路与Mg²⁺依赖性DNAzyme集成到传感系统中设计BPA生物传感器，采用抗BPA适体作为分子识别探针。在实验中将不同浓度的BPA添加到DNA(1)/(2)双链体进行孵化并记录荧光响应信号，并利用DNA电路生物传感器检测牛奶样品中不同浓度的BPA，采用液相色谱–质谱法对生物传感器结果进行了验证。检测限为50 fM，检测线性范围为100 fM至1 μM [29] 。

Wang等人于2022年将基于磁性共价有机框架支持的碳点嵌入分子印迹复合材料，形成了检测BPA的一种荧光传感器(MCOF@CD@MIP) (见图1)。实验中使用4PE和TPA作为有机配体，通过COF晶体合成MCOF，并制备有机硅烷官能化CD作为荧光信号材料，后将MCOF@CD@MIP在如图1的条件下进行优化处理，在相同条件下进行FL强度测量。在一系列的表征检测中发现，该实验所构建的带有信号转换单元的MCOF@CD@MIP传感器可直接检测BPA的存在或浓度。进行定量检测实际样品中的BPA，验证了该具有信号转导和信号放大功能的MCOF@CD@MIP传感器可有效应用于BPA选择性捕获和检测 [30] 。

Pang等人在2022年设计了一种锌基卟啉金属有机骨架(Zn-TCPP-MOF)，用于超灵敏和定量检测BPA的一种新型荧光传感器。将Zn-TCPP-MOF在150℃下热制备1小时，利用能量色散X射线光谱(EDS)和元素映射判断成功合成了二维片状的Zn-TCPP-MOF。Zn-TCPP-MOF溶液荧光猝灭的SV方程为(F₀/F) = 1 + Ksv [M]，检测限为0.906 nM [31] 。

Figure 1. Schematic diagram of manufacture of MCOF@CD@MIP sensor for BPA [30]

图1. 用于BPA的MCOF@CD@MIP传感器的制造示意图 [30]

为了更有效地提高检测实际应用能力，王胜等人在2022年在构造了一种以多巴胺为亲水性功能单体，疏水性丹磺酰多巴胺为荧光功能单体的荧光MIP纳米膜；达成了可以在实地进行快速筛测的结果 [32] 。

2.3. 其他研究进展

张慧等人在2018年利用核酸适配体可以和双酚A特异性结合的特性，制备了一种试纸条。含有羧基的荧光微球与含有氨基的核酸适配体的偶联物检测线为T线，控制线为一段可以与适配体当中连接臂互补的序列，C线。试纸条的颜色深浅与待测物质含量成反比，而当样品中不含待测物质时，C线、T线均有明亮的荧光条带出现。该方法实现了BPA的快速检测 [33] 。

Carabajal等人在2019年利用激发发射荧光矩阵动力学三阶数据，量化BPA进行检测。通过对系统进行Fenton反应，将额外的动力学模式结合到激发–发射荧光矩阵二阶数据中，BPA所具有的特征衰减率，增加了组分分辨率的选择性。在进行实际样品的检测过程中，该方法除需要大量的有机溶剂外，检测时间仅为30分钟左右，与传统采用的色谱技术相比，该方法易于实施、环保且速度极快 [34] 。

Li等人在2020年设计合成了一种新型复合材料金属有机骨架/壳聚糖/聚氧乙烯复合材料(MOFs/CS/PEO)并以MIL-53(Al)/CS/PEO泡沫作为吸附剂，开发了涡流辅助固相萃取流程，同时结合高效液相色谱–荧光检测方法，实现了BPA及其他四种结构类似物的检测。该方法的线性范围为0.1 mg/L~20 mg/L，对BPA的检出限为0.019 μg/L [35] 。

薛晨晨等人于2021年建立了截短适配体–荧光法用于测定水中BPA，选择包含38个碱基的BPA截短适配体为识别元件，检测体系进行了关于特异性与回收率的实验。在10~75 pmol/LBPA浓度范围内，线性回归方程为y = 2230.7x + 110,825，相关系数为0.926，检出限3.3 pmol/L；与其他4种干扰物相比较，BPA的荧光强度差值区别明显，具有良好的特异性，且回收率大于97.8%，相对标准偏差小于4.4% [36] 。

随着高科技智能设备的发展，将荧光光谱与手机端相结合进行水样中双酚A的检测也取得了进展。张祯等人在2022年申请了一种集成智能手机平台的BPA的双信号免疫分析方法专利：通过将金纳米(GSH-Au NCs)的荧光凝胶传感器和TMB的比色凝胶传感器组装获得Lab-in-a-tube装置，检测时同时获得比色与荧光双信号，使用手机APP平台转化为RGB值以定量分析BPA [37] 。

2.4. 研究进展总结

由上述研究进展可知：近年来，荧光检测法检测BPA的线性范围多为µM级别，检出限多为nM级别，建立的检测方法常具有良好的稳定性、回收率和优异的抗干扰性能，且能够在生物样品中进行检测。

在近几年的研究中，基于半导体量子点(Quantum Dots, QDs)的荧光检测方法得到了广泛应用，量子点所具有的宽吸收光谱、窄而对称的发射光谱等使其经常应用于功能化修饰，探针的选择性和灵敏度都得到了明显改善 [18] [19] 。同时，应用适配体进行检测的研究也逐渐推广 [20] [25] [26] [27] [33] [36] ；以核酸适配体的广泛使用更加突出，核酸适配体(Aptamer)是一段短单链脱氧核糖核酸(DNA)，核糖核酸(RNA)序列或肽链，具有可以高特异性、高选择性识别结合多种目标物的特点，且成本低廉，热稳定性较好 [38] 。Carbon Dots (CDs)作为一种具有量子点特性的球状颗粒，具有独特的光学特性、良好的生物相容性、低毒性、发射光谱大小可调等优点 [39] 。研究中可以改善无机配位聚合物响应强度低、反应时间长的情况，因此，CD常用于敏化荧光探针，使更具备高选择性和高灵敏度 [15] [21] [30] 。金属氧化物纳米粒子往往因高热稳定性、无毒、以及固定生物分子的高生物活性等性质而应用于研究过程中，使用此种方法制备的探针或荧光传感器常具有较低的检测限，常用于高灵敏度以及定量测量的过程中 [22] [24] [28] [31] [35] 。

不可忽视的是，关于BPA的荧光检测时的便携性与实效性也得到了充分的重视，对于双酚A污染的快速检测和实时监测均具有重要意义。使用智能设备相结合可以有效地缩短检测时间 [37] ，在实际样品的检测过程中，通过制备试纸条的方法使检测结果可视化，更有利于实地检测 [15] [33] 。

3. 结论

随着对于BPA的研究不断深入，人们对于检测方法的探究也会更进一步，与传统的检测方法相比，通过荧光探针、荧光传感器等多种荧光检测方法，可以起到灵敏度高、特异性强、操作简单、成本低廉、方便环保等优点。基于以上的多个优异性能以及研究潜力，荧光检测法检测BPA具有极大的研究应用前景。

致谢

感谢锦州医科大学化学实验平台、辽宁省药物作用与质量评价专业技术创新中心与辽宁省海洋生物活性物质重点实验室提供的支持。

基金项目

本文由大学生创新创业项目：基于微孔材料的实时监测与荧光寿命成像在免疫学的应用研究、基于氧化碳纳米管材料的电致化学发光药物传感器研究、限域合成的量子点MOF主客体功能材料在ROS方面的应用研究、国家自然科学基金(批准号21701069)和辽宁省自然科学基金(批准号2022020314-JH2/1013)资助。

NOTES

^*通讯作者。