创新纳米检测技术 守护畜产食品安全

文章来源:中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所作者: 点击数:发布时间:2018-01-30【字体:   

——基于若干新材料的饲料质量安全速测技术研发及应用

  我国是当前世界上最大的饲料生产国和畜禽饲养国,饲料和畜产品产量所占比重均超过20%。我国饲料工业伴随改革开放的春风,从零起步,拔地而起,有力支撑了我国畜牧业的迅速发展,保障了我国畜产食品数量和质量安全。近些年来,国外的疯牛病、二噁英以及国内的“瘦肉精”、苏丹红、三聚氰胺等食品安全事件频频发生,引起了社会对饲料及畜产品质量安全的高度关注。

  饲料是动物源性食品质量安全的源头和基础,“饲料安全=食品安全”成为国际共识。我国由于饲料产业链条长,危害因素来源多,养殖生产方式相对落后等原因,加之人为添加和天然污染的危害因素相互交叉,饲料和畜产食品安全管控面临严峻挑战。检测技术是发现危害、强化监管的首要技术手段,传统的针对饲料中“瘦肉精”等有毒有害物质的快速检测技术主要有胶体金试纸条和ELISA试剂盒等技术,主要用于污染物的定性或半定量检测,存在着灵敏度低,受样品基质干扰严重,假阳性率高,不能准确定量等问题,难以满足饲料质量安全监测过程中对快速检测技术日益提高的要求。

  近年来,基于纳米材料的标记、增强和识别成为分析化学领域研究的前沿热点。纳米材料具有生物兼容性好,量子产率高,增强效应强,识别能力好等特点,在饲料质量安全快速检测领域具有广泛的应用前景。研究团队针对影响饲料质量安全的“瘦肉精”、三聚氰胺等违禁添加物和霉菌毒素等有毒有害污染物,以纳米材料为着力点,以化学和生物修饰为主要技术手段,在基于纳米材料的饲料畜产品质量安全检测新技术创制方面获得重大突破。例如,研究团队根据上转换纳米材料(UCP)具有低能量光谱激发产生高能量发射光的特点,创新性应用UCP标记克伦特罗抗体,解决了复杂饲料样品基质光谱干扰的问题,首次创制了基于UCP标记测定小分子化合物的可定量、超敏传感技术,检测灵敏度达到0.01ng/g,回收率高于70%,相对标准偏差低于15%。并基于该技术原理形成了“瘦肉精”类化合物和霉菌毒素类污染物的速测设备及配套检测试剂产品,相关研究成果在Biosensors and Bioelectronics上发表,并在院网站报道。进一步为了实现多靶标检测,应用荧光纳米材料标记抗体,解决了多靶标免疫反应化学条件一致性的关键技术问题,实现了克伦特罗、莱克多巴胺和沙丁胺醇等3种典型“瘦肉精”的同时检测,检测限分别为0.1 ng/g,0.1ng/g和0.09ng/g,RSD低于10%,检测结果与标准方法的吻合度达到95%以上。此技术被国际分析化学权威综述刊物TrAC(2016)引用并评述,认为该研究是目前已报道的方法灵敏度最高,且为生物大分子的快速精准识别提供了借鉴。

UCP速测设备及其应用示意图

  创新性的应用金/碳基复合纳米材料,结合适配体,解决了电化学传感信号放大和识别单元修饰的关键技术问题,提出了无标记信号放大新理论,建立了“瘦肉精”和赭曲霉毒素的超敏传感技术。适配体电化学传感器测定莱克多巴胺的检测灵敏度达到5×10-13moL/L,氧化铟锡(ITO)无标记适配体电化学传感检测赭曲霉毒素的灵敏度达到0.004ng/mL。相关研究工作在Biosensors and Bioelectronics, Analytical Chemistry和Microchimica Acta上发表研究论文3篇,国际分析化学权威综述刊物TrAC(2017)引用并评述我们的研究成果,认为我们首次报道了纳米可视化精准识别危害物的新方法,能够很好的启发研究人员在该方面的研究思路。

纳米可视化探针检测黄曲霉毒素及其信号-量值原理

  在国际上首次提出了多重机制杂质吸附新理论,创制出“Multi-class”样品前处理新技术,攻克了多类多残留同时测定的技术难题。创新性应用PAX聚合材料、C18和改性碳纳米管等材料,通过“试错法”优化质量比率,创制出系列多重机制杂质吸附型净化新技术,解决了复杂饲料样品基质干扰严重和兼顾不同种类危害物结构及理化性质差异巨大等2个关键技术难题,建立了饲料及动物尿液中β-受体激动剂等4类22种危害物、饲料中37种霉菌毒素、8种有机砷、7种镇静剂等的高通量确证分析新方法,准确度达到85%以上,连续3年通过欧盟组织的全球霉菌毒素实验室能力比对。形成国家和农业行业标准4项,在农业部实施饲料畜产品质量安全监管工作中提供了技术依据。

  本项目成果获得授权国家发明专利6项,在Analytical Chemistry, Biosensors and Bioelectronics等国际权威期刊上发表研究论文16篇,累计影响因子62.7,单篇最高影响因子6.45,累计被引用次数为76次;转让技术3项,累计技术转让经费120万元;技术成果被《光明日报》和新华网等50余家主流媒体报道,发明的技术及产品在辽宁省、山东省和河南省等饲料检测机构进行示范应用,对于打破国外技术垄断、推动产业技术升级起到了重要的保障作用。