我院陳翊平教授課題組在抗生素殘留檢測方面取得新進(jìn)展
我院陳翊平教授課題組在抗生素殘留檢測方面取得新進(jìn)展
1. 研究背景
抗生素殘留超標(biāo)一直是制約我國乳品行業(yè)發(fā)展的主要問題之一。其中氯霉素作為一種高效的抑菌性廣譜抗生素，被用于養(yǎng)殖業(yè)中以預(yù)防奶牛的感染。然而，氯霉素在牛奶中的殘留卻存在極大的潛在危害。人體攝入氯霉素對骨髓造血機(jī)能有抑制作用，可引起粒細(xì)胞缺乏病、再生障礙性貧血和溶血性貧血，嚴(yán)重者可產(chǎn)生致死效應(yīng)。而且，人體對氯霉素較動物更敏感，嬰幼兒的代謝和排泄機(jī)能尚不完善，對氯霉素最敏感，可出現(xiàn)致命的“灰嬰綜合征”。因此，食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定乳品中不得檢出氯霉素。這就需要有滿足現(xiàn)實(shí)需求檢測方法的開發(fā)?；诖诵枨?，陳翊平教授課題組構(gòu)建了基于納米顆粒表面增強(qiáng)橢圓偏振成像生物傳感器（Surface-enhanced imaging ellipsometry biosensor, SEIE-biosensor），實(shí)現(xiàn)了對牛奶中氯霉素殘留超靈敏、便捷快速的檢測，并且從理論上探討了納米顆粒使橢偏信號增強(qiáng)的機(jī)理。
2. 相關(guān)研究工作
（1）研究方法
橢圓偏振技術(shù)在測量膜厚度方面具有極高的分辨率（約1 nm），鑒于這一特性，該技術(shù)可用于無標(biāo)記生物傳感。然而，在痕量目標(biāo)物的檢測中該技術(shù)仍存在橢偏信號弱、靈敏度不夠等問題。因此對橢偏信號進(jìn)行信號放大是解決問題的關(guān)鍵所在?？紤]到納米顆粒在生物傳感器中作為信號放大和信號讀出媒介的顯著優(yōu)勢，而且從理論上橢偏信號的強(qiáng)弱與厚度、介電常數(shù)和表面覆蓋率這三個(gè)因素直接相關(guān)。因此將納米顆粒用于橢偏信號的放大具有兩個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)：一是納米顆粒的大小和質(zhì)量遠(yuǎn)大于蛋白質(zhì)（抗體或抗原），可以大幅度提高橢圓偏振光的厚度分辨率，有助于放大橢圓偏振信號；二是納米顆粒具有獨(dú)特的光學(xué)特性，可以直接改變橢圓偏振光或通過協(xié)同效應(yīng)增強(qiáng)橢圓偏振信號，這也可能有助于增強(qiáng)橢圓偏振信號。基于此原理，我們將納米顆粒（磁納米顆粒和金納米顆粒）用于增強(qiáng)橢偏信號，并從實(shí)驗(yàn)和理論的角度進(jìn)行了驗(yàn)證，證明納米顆粒對橢偏信號的放大具有明顯效果，將其應(yīng)用于牛奶中氯霉素殘留的檢測時(shí)達(dá)到了超靈敏、快速檢測的目的。
圖1 納米顆粒用于SEIE-biosensor信號放大的原理圖
（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果
本工作對包覆于硅板上的30 nm磁顆粒進(jìn)行了SEM和AFM表征（圖2），表明30 nm磁顆粒能夠通過抗原-抗體相互作用吸附在硅板表面，并且磁顆粒能夠有效的增強(qiáng)橢偏信號。在方法的分析性能方面，比較了SEIE-biosensor和IE-biosensor檢測氯霉素的靈敏度（圖3），結(jié)果表明納米顆粒介導(dǎo)的表面增強(qiáng)橢偏成像傳感器性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的方法，最低檢出限可達(dá)6 pg/mL。最后，通過方法比較和真實(shí)樣本檢測（圖4），表明本方法具有良好的準(zhǔn)確性。
圖2 磁納米顆粒包覆于硅板上的SEM圖譜（左）/AFM圖譜（右）
圖3 SEIE-biosensor和IE-biosensor檢測氯霉素的靈敏度比較
圖4 SEIE、HPLC-MS和IE用于檢測牛奶樣品中的氯霉素
（3）論文相關(guān)信息
相關(guān)工作發(fā)表于Analytical Chemistry雜志上（Anal. Chem. 2019, 91, 6769-6774），論文第一作者為華中農(nóng)大食品科技學(xué)院王知龍博士，通訊作者為陳翊平教授（E-mail: chenyiping@mail.hzau.edu.cn.），本研究獲“國家自然科學(xué)基金”（81671784）資助。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.9b00846
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