我院陳翊平教授課題組在抗生素殘留檢測方面取得新進展

1. 研究背景

抗生素殘留超标一直是制約我國乳品行業發展的主要問題之一。其中氯黴素作為一種高效的抑菌性廣譜抗生素，被用于養殖業中以預防奶牛的感染。然而，氯黴素在牛奶中的殘留卻存在極大的潛在危害。人體攝入氯黴素對骨髓造血機能有抑制作用，可引起粒細胞缺乏病、再生障礙性貧血和溶血性貧血，嚴重者可産生緻死效應。而且，人體對氯黴素較動物更敏感，嬰幼兒的代謝和排洩機能尚不完善，對氯黴素最敏感，可出現緻命的“灰嬰綜合征”。因此，食品安全國家标準中明确規定乳品中不得檢出氯黴素。這就需要有滿足現實需求檢測方法的開發。基于此需求，陳翊平教授課題組構建了基于納米顆粒表面增強橢圓偏振成像生物傳感器（Surface-enhanced imaging ellipsometry biosensor, SEIE-biosensor），實現了對牛奶中氯黴素殘留超靈敏、便捷快速的檢測，并且從理論上探讨了納米顆粒使橢偏信号增強的機理。

2. 相關研究工作

（1）研究方法

橢圓偏振技術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，該技術可用于無标記生物傳感。然而，在痕量目标物的檢測中該技術仍存在橢偏信号弱、靈敏度不夠等問題。因此對橢偏信号進行信号放大是解決問題的關鍵所在。考慮到納米顆粒在生物傳感器中作為信号放大和信号讀出媒介的顯著優勢，而且從理論上橢偏信号的強弱與厚度、介電常數和表面覆蓋率這三個因素直接相關。因此将納米顆粒用于橢偏信号的放大具有兩個明顯的優點：一是納米顆粒的大小和質量遠大于蛋白質（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号；二是納米顆粒具有獨特的光學特性，可以直接改變橢圓偏振光或通過協同效應增強橢圓偏振信号，這也可能有助于增強橢圓偏振信号。基于此原理，我們将納米顆粒（磁納米顆粒和金納米顆粒）用于增強橢偏信号，并從實驗和理論的角度進行了驗證，證明納米顆粒對橢偏信号的放大具有明顯效果，将其應用于牛奶中氯黴素殘留的檢測時達到了超靈敏、快速檢測的目的。

圖1 納米顆粒用于SEIE-biosensor信号放大的原理圖

（2）實驗結果

本工作對包覆于矽闆上的30 nm磁顆粒進行了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矽闆表面，并且磁顆粒能夠有效的增強橢偏信号。在方法的分析性能方面，比較了SEIE-biosensor和IE-biosensor檢測氯黴素的靈敏度（圖3），結果表明納米顆粒介導的表面增強橢偏成像傳感器性能明顯優于傳統的方法，最低檢出限可達6 pg/mL。最後，通過方法比較和真實樣本檢測（圖4），表明本方法具有良好的準确性。

圖2 磁納米顆粒包覆于矽闆上的SEM圖譜（左）/AFM圖譜（右）

圖3 SEIE-biosensor和IE-biosensor檢測氯黴素的靈敏度比較

圖4 SEIE、HPLC-MS和IE用于檢測牛奶樣品中的氯黴素

（3）論文相關信息

相關工作發表于Analytical Chemistry雜志上（Anal. Chem. 2019, 91, 6769-6774），論文第一作者為華中農大食品科技學院王知龍博士，通訊作者為陳翊平教授（E-mail: chenyiping@mail.hzau.edu.cn.），本研究獲“國家自然科學基金”（81671784）資助。

論文鍊接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.9b00846