纳米材料在食品有害污染物检测中的应用进展

于利利 闫涛 孙芙晶

青岛谱尼测试有限公司 山东青岛 2 6 6 1 0 0

当前我国食品安全问题频发，法律法规、食品安全管理体系中对食品接触材料的安全性关注度不够，重食品接触材料的清洁卫生控制，轻食品接触材料的污染迁移控制，对其缺少有效的危害分析与控制措施。

1 食品中化学污染物的来源以及种类

食品在加工直到食用的环节，由于添加了各种前所未有的化学元素，增加了大量外来有害物质，造成了食品污染。食品中的化学污染物对人类身体的危害非常大，因其成分和种类的复杂，如何安全检验和防控食品污染成为当今的重要课题[1]。

2 法规、规范、标准要求的缺陷导致食品污染物失控

一是对食品相关产品（包括食品接触材料）明确了管理要求，但只强调了食品接触材料的卫生清洁，防止外来污染而导致二次污染食品，未能关注到食品接触材料本身带有污染物的迁移污染。二是法规规定了不得采购或者使用不符合食品安全标准的食品相关产品（包括食品接触材料），但在食品容器、包装材料用添加剂使用卫生标准中对有害添加剂最大使用量实际没有限量，与特定迁移量或残留量规定存在矛盾，这样采购或者使用符合食品安全标准的食品接触材料，也有可能生产出不安全的食品。

3 基于磁弛豫开关纳米传感器在食品安全领域的应用

3.1 检测重金属离子

土壤以及水体中重金属离子粒子的污染间接导致了食物中重金属超标严重，进一步通过食物链危害人体健康，因此对重金属离子的监测显得尤为重要。成功制备了3-（3，4-二羟基苯基）丙酸（DHCA）修饰的Fe/Fe3O4纳米颗粒并开发了用于检测饮用水中Pb2+的磁传感器。DHCA的羧基对Pb2+的配位行为具有很强的亲和力，从而诱导Fe/Fe3O4纳米粒子从分散状态转变为聚集状态，在40μmol/L-100μmol/L和130μmol/L-200μmol/L的范围内均表现出良好的线性相关。基于磁弛豫开关的纳米传感器对饮用水中的Pb2+进行检测，其线性范围为0.1ng/mL-20ng/mL，检测限低至0.055ng/mL。基于小分子配体与重金属离子的特异性配体配合，研制出了具有高选择性的基于磁弛豫开关的纳米传感器。利用Cd2+诱导的三唑衍生物共轭（Zn，Mn）Fe2O4纳米粒子的聚集，通过测量T2值的相应变化，得到了基于磁弛豫开关的检测Cd2+的纳米传感器。

3.2 检测小分子有害物

不法分子在食品中的非法添加、高温高压导致食品接触材料中有害小分子的迁移等因素产生了诸多质量问题，因此食品监控的严把关需要更为精确、快速的检测技术。使用金纳米粒子-链霉抗生物素蛋白缀合物和磁性纳米粒子开发了一种磁弛豫开关免疫传感器用于检测猪尿样本中的沙丁胺醇。与酶联免疫吸附试验相比，这种免疫传感器能够以更高的灵敏度实现更快的检测，为快速检测小分子提供了一个很有前景的平台。考虑到三嗪与三聚氰胺之间的三氢键，合成了核壳Fe@Fe3O4纳米粒子，基于三聚氰胺与（2，4，6-三氧代-1，3，5-三嗪-1-基）乙酸（TTAA）之间特殊的三重氢键诱导的TTAA-Fe/Fe3O4纳米粒子的聚集，导致周围水分子的自旋-自旋弛豫时间（T2）增加纳米粒子的质子。利用小分子配体对靶点的高特异性等，开发了一种基于磁弛豫开关原理检测三聚氰胺的纳米传感器，检测限低至2μmol/L。开发了一种基于磁弛豫开关原理用于检测牛奶中的卡那霉素（kanamycin，KM）的快速、灵敏、简便的免疫传感器。根据横向弛豫时间的变化与目标物浓度之间的关系从而实现对卡那霉素的灵敏检测。检测范围为1.5-25.2ng/mL，检测限为0.1ng/mL，其分析时间仅需45分钟，远远短于需耗时6-8小时的酶联免疫吸附试验，节约时间成本[2]。

3.3 检测致病菌

致病菌污染是食品安全领域最常见，也是涉及面最广的问题。为了提高基于磁弛豫开关的纳米传感器的灵敏度和重现性，一种与磁分离结合的磁弛豫开关纳米传感器用于一步检测牛奶中的肠道沙门氏菌。采用0.01T的磁场将直径为250nm（MB250）的抗体共轭磁珠与直径为30nm（MB30）的抗体共轭磁珠分离，在MB30周围的水分子的T2值发出免疫测定的信号读数。比起常规的磁弛豫传感器，这种结合磁分离的磁弛豫传感器的检测限降低了两个数量级，检测范围增加了一个数量级。开发了基于核磁共振的Fe3O4纳米簇生物传感器用于沙门氏菌检测，其线性范围为105cfu/mL-107cfu/mL，检测限为105cfu/mL。此外，水分子的T2值在MB30附近较稳定也保证了这种的磁分离的磁弛豫纳米传感器的可重复性。一种可用于快速灵敏测定鸡肉样品中食源性病原体铜绿假单胞菌的磁弛豫开关适配体传感器。由于铜绿假单胞菌的特异性适体与超顺磁性氧化铁纳米颗粒发生共价结合，与铜绿假单胞菌孵育时，它们将被适体特异性捕获，从而形成超顺磁性纳米粒子聚集体，根据自旋-自旋弛豫时间的改变来实现对铜绿假单胞菌的定量检测，其线性范围为102cfu/mL-106cfu/mL，检测限为50cfu/mL。基于单核细胞增生李斯特菌和抗体修饰纳米粒子之间特异性结合诱导的生物功能化磁性纳米粒子的聚集，开发了一种准确可靠的奶粉、生菜样品中单核细胞增生李斯特菌检测方法。该方法的检测限为3MPN（使用最可能数（MPN）测定法），并且功能化的Fe/Fe3O4纳米颗粒对其他干扰细菌的存在表现出高特异性[3]。

4 结语

随着纳米技术的不断发展以及多学科的交叉融合，基于磁弛豫开关的纳米传感器会朝着高通量、高灵敏、选择性强以及原位实时检测的方向不断改进，也将在众多领域得到进一步的拓展和深入。