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基于抗体抗原特异性结合原理 用一张试纸五分钟测出农药残留

2020-07-07 10:52:26
来源:科技日报 作者:瞿 剑 评论:0
导语:近日,一则《手机拍照,五分钟测出农药残留》的消息在朋友圈走红。
  近日,一则《手机拍照,五分钟测出农药残留》的消息在朋友圈走红。

  食品安全,是社会关注度最高的民生问题之一;而农药残留,又是排位最靠前的食品安全话题。中国农科院农业质量标准与检测技术研究所(以下简称质标所)教授、“农业化学污染物残留检测及行为研究创新团队”首席科学家王静和她的团队,十年磨一剑,研发出这种农药残留快速检测技术,有望守护“舌尖上的安全”。

  从农药小分子结构着手,厘清农残快检机理

  2018年5月,刚从美国夏威夷大学完成博士后研究工作、加入质标所的曹振博士,递给王静一张几年前他自画的图纸,上面是有关农药检测试纸智能化图像识别的蓝图。

  曹博士的手画图纸可以算试纸条图像识别技术的一个蓝图,却并不是该项研究的起始。王静表示,团队获得的国家技术发明奖二等奖“农产品中典型化学污染物精准识别与检测关键技术”,主要成果之一就是结合信号放大材料的农药残留免疫分析技术,其实早在十几年前就开始做了。

  王静解释,免疫层析的基本原理是基于抗体对抗原的特异性识别,由于小分子农药的特殊结构,制备其抗体有相当的难度。团队就把农药小分子先设计改造成半抗原,再到大分子抗原。经一系列攻关,研制出基于抗原抗体相结合的特异性检测试纸条。

  “这项研究的一个重要进展,是从技术路径上解决了农药残留免疫层析试纸条标准化的问题。”曹振进一步说明,最难的是针对不同的农药,需要分别开发其抗体。

  传统快检法面临的难题:检不出、检不准、检不多

  王静介绍,此前有关农药残留的快速检测方法,主要是基于酶抑制法。它的原理是,乙酰胆碱酯酶遇到有机磷和氨基甲酸酯类农药,活性就会降低。“我们就通过测酶的活力下降程度,即酶抑制率,来看到底有多少有机磷和氨基甲酸酯农药残留。”

  原理虽简单,但有机磷类和氨基甲酸酯类农药有100多种。“这些有机磷和氨基甲酸酯对酶的抑制率各不相同,它们或单个、或以各种组合方式存在,增加了检测的复杂性。”她说,此外,蔬菜水果中的生物碱和辛辣成分等物质也会干扰酶的活力,色素还会对显色反应的结果造成影响,导致检测结论的误判。因此长期以来,农药残留快速检测检不出、检不准、检不多问题突出,且该方法对其他类型的农药无法检测。

  农残的检测监管大都由专业人员在实验室用昂贵的分析仪器来做,最快需要1到2天才能出具检测报告。“农产品,尤其是许多鲜食类农产品采收后,很难做到等检测结果出来再上市。”王静说,很多情况下,检测报告出具时,相关农产品已经吃进肚子里了。

  一个快速准确的开放平台,让农残检测变得唾手可得

  “这就是我们做的标准化试纸条。”曹振现场向科技日报记者演示了新的快检法。一旦有了要抓取的目标物,比如一种农药,试纸条上就会有特异性反应;试纸条放进样品提取液,通过层析反应,样品液向上运动到有抗体的位置,就会产生特异性结合。然后通过颜色的变化,就能判断它是否有残留。

  “但是它的量是多少,超不超标,并不知道。”王静介绍,于是在试纸条研发的基础上,团队又研发了智能化图像识别算法和微信小程序,提高了整体检测效率。

  曹振继续演示:试纸条放进样品溶液,5分钟左右反应稳定;把试纸条拿出,放在试纸条搭载托盘上,用手机拍照,小程序会自动识别试纸条上的条形码,读取到底是什么农药、智能判定其残留量的相对多少(半定量)、超不超标等详细信息;还可实时上传数据分享,收集大数据,监测、判断食品安全实时状况。

  王静强调,团队研发的试纸条多通道搭载平台和图像识别算法,理论上可以兼容所有试纸条的定性和半定量判读,并能作为快速检测大数据的移动终端实时收集数据,可以拓展应用于兽药残留、真菌毒素、环境污染物及过敏源检测等,甚至可以搭载疾病诊断试纸条,比如新冠病毒检测试纸条。

  “实际上它起的是快速筛查的作用,节约大量成本和人力物力。”王静表示,这项技术的更大意义还在于,让快速、准确的农药残留检测变得唾手可得,从而帮助实现“餐桌上的安全”。

(责任编辑:韩梦晨)

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