基于磁性氧化石墨烯的表面辅助激光解吸/电离质谱技术用于复杂样本中黄曲霉毒素B1的快速筛查

作者与发表信息
本研究由台湾国立阳明交通大学应用化学系的Yu-Ting Lai、Karthikeyan Kandasamy以及通讯作者Yu-Chie Chen共同完成，成果发表于《Analytical Chemistry》期刊2021年5月第93卷第7310–7316页。

学术背景
黄曲霉毒素B1（AFB1）是农产品中常见的强致癌物，被世界卫生组织列为1类致癌物。各国对其在食品中的残留量有严格限制（如欧盟规定谷物中AFB1上限为2 μg/kg）。传统检测方法如薄层色谱（TLC）、高效液相色谱（HPLC）和酶联免疫吸附试验（ELISA）存在灵敏度低、耗时长或假阳性等问题。表面辅助激光解吸/电离质谱（SALDI-MS）技术利用无机材料辅助分析物解吸/电离，但现有方法在复杂样本中的选择性和效率仍有局限。本研究旨在开发一种基于磁性氧化石墨烯（mGO）的SALDI-MS方法，实现AFB1的高效富集与快速检测。

研究流程与实验设计
1. 氧化石墨烯（GO）的制备与表征
- 通过剥离法制备GO，并通过扫描电镜（SEM）、拉曼光谱（Raman）、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）和X射线光电子能谱（XPS）确认其结构。结果显示GO具有π电子富集结构和羧酸基团（图S1），为后续AFB1的π-π相互作用和磁性修饰奠定基础。

1. GO作为AFB1亲和探针的验证

   • 在pH 8条件下，GO与AFB1孵育2小时，通过离心分离后SALDI-MS检测。结果显示GO可选择性富集AFB1，检测限达1 nM（0.3 μg/kg），远低于欧盟标准（图1, S2）。结合容量测试表明GO对AFB1的吸附量为237 ± 34 nmol/mg（图S3-S4）。

2. 微波加热加速富集过程

   • 采用微波加热（90 W, 5分钟）替代传统涡旋混合，将富集时间从2小时缩短至5分钟，且结合容量保持240 ± 28 nmol/mg（图S5-S6）。温度动力学分析表明，升温可提高GO与AFB1的碰撞效率。

3. 磁性氧化石墨烯（mGO）的制备与优化

   • 通过GO与Fe³⁺在微波加热（180 W, 4分钟）下螯合，生成磁性mGO（图3）。XPS证实Fe³⁺与GO羧酸基团结合后氧化态降低（图S10）。mGO在pH 9条件下磁性分离效率最佳（图S8），Fe³⁺负载量为7.1 ± 1.6 nmol/mg（图S9）。

4. mGO在复杂样本中的应用

   • 实际样本检测：在花生和小麦提取物中，mGO成功富集10–50 nM的AFB1，SALDI-MS信号强度与浓度正相关（图4）。
     
   • 选择性验证：mGO对AFB1的结合容量（228 ± 10 nmol/mg）显著高于黄曲霉毒素G1（AFG1, 126 ± 45 nmol/mg）和赭曲霉毒素A（OTA）（图S13, S17-S18）。
     
   • 真菌孢子裂解液检测：从黄曲霉菌（Aspergillus flavus）孢子裂解液中直接检出AFB1（图S19），证实方法在生物样本中的适用性。

主要结果与逻辑关联
- GO的富集机制：π-π相互作用和微波加热协同提升AFB1捕获效率（图2）。
- 磁性修饰的创新性：首次通过简单螯合赋予GO磁性，解决了传统纳米材料磁性掺杂的复杂性问题（图3）。
- 方法灵敏度与速度：检测限1 nM，全程耗时10分钟（包括6分钟富集和5分钟磁分离），优于HPLC和ELISA（图S14）。

结论与价值
1. 科学价值：
- 提出了一种新型磁性纳米探针设计策略，为无机材料的磁性功能化提供了新思路。
- 揭示了GO与AFB1的π-π相互作用机制及微波加热的动力学优势。
2. 应用价值：
- 开发了一种快速（10分钟）、高灵敏度（1 nM）的AFB1筛查方法，适用于农产品、食品和生物样本。
- 无需复杂前处理，仅需小型磁铁即可完成分离，适合现场检测。

研究亮点
1. 方法创新：首次将GO同时作为SALDI-MS辅助材料和磁性亲和探针，实现“富集-检测”一体化。
2. 技术突破：通过微波加热将富集时间缩短至分钟级，且磁性修饰无需复杂合成。
3. 选择性优势：mGO对AFB1的选择性高于AFG1和OTA，有效避免复杂基质干扰（图S17-S18）。

其他价值
- 为其他小分子污染物的检测提供了可扩展的技术框架，如调整GO表面修饰以靶向不同分析物。
- 研究数据通过多维度表征（SEM、XPS、SALDI-MS）交叉验证，确保了结果的可靠性。

（注：文中图表编号与原文献一致，如“图S1”对应支持信息的图1。）