碳納米管技術(shù)在食品安全檢測中的應(yīng)用進(jìn)展

近幾年，我國的經(jīng)濟(jì)水平在不斷提高，人們對生活質(zhì)量的要求也越來越高。食品是用來維持我們?nèi)梭w機(jī)能所需養(yǎng)分的必需品，為了保證食品的安全性和多樣性，國家加大了對食品安全檢測工作的研究?！懊褚允碁樘臁?，食品的安全性能是影響人們身體健康和生活質(zhì)量的關(guān)鍵因素。隨著國家科技水平的不斷提高，在食品安全檢測方面的技術(shù)研究和材料分析越來越專業(yè)。有很多有關(guān)食品安全檢測的理論知識和方法技術(shù)不斷的涌現(xiàn)出來，大大地提高了食品安全監(jiān)測的工作效率、降低了生產(chǎn)成本等等。碳納米管是一種新型的食品安全檢測技術(shù)，碳納米管在食品安全檢測工作中可以實(shí)現(xiàn)檢測方法與技術(shù)的自動化、微型化和智能化，具有很好的優(yōu)良特性以及運(yùn)用前景。本文研究的主要內(nèi)容是碳納米管技術(shù)在食品安全檢測中的應(yīng)用進(jìn)展。

碳納米管技術(shù)的概括

碳納米管是碳原子按六邊形排列構(gòu)成數(shù)層或者數(shù)十層的同軸圓管，也可以理解為是由石墨烯片層繞中心軸卷曲在一起的中空無縫管體。根據(jù)石墨烯片的層數(shù)可以將碳納米管分為單壁碳納米管和多壁碳納米管兩種形式。碳納米管的導(dǎo)電性和物理結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性都比較好，具有近紅外熒光特性和毛細(xì)血管效應(yīng)等等。一般碳納米管的材料不溶于任何溶劑，所以可以在碳納米管的表面或者頂端連接有機(jī)分子，使碳納米管共價功能化，也可以使用非共價鍵結(jié)合核酸、表面活性劑、多肽或者多聚物等等。碳納米管本身可以非共價鍵結(jié)合蛋白質(zhì)、多肽和核算等作為功能化的銹蝕基團(tuán)，碳納米管技術(shù)的獨(dú)特性可以保證碳納米管技術(shù)能夠應(yīng)用于復(fù)合材料、吸附劑、催化劑載體和生物傳感器等領(lǐng)域。

碳納米管技術(shù)在應(yīng)用上可以分為兩類：一類是基于碳納米管的生物傳感器和電極；一種是與其他監(jiān)測設(shè)備聯(lián)合使用。生物傳感器是由物理傳導(dǎo)元件和生物設(shè)別元件組成，物理傳導(dǎo)部分主要是將生物識別區(qū)域的信號輸出到電子儀器的線路中，生物識別區(qū)域的輸出信號有電位、阻抗、電流和電導(dǎo)率等等。生物識別元件主要包括抗體、微生物、DNA、酶等，生物識別元件的作用是提供護(hù)理或者人為構(gòu)建生物環(huán)境對大分子反應(yīng)進(jìn)行催化，產(chǎn)生生物識別信號或者電化學(xué)信號。一般在碳納米管技術(shù)中是用物理傳導(dǎo)部分傳送信號的。碳納米管技術(shù)有利于富集樣品，與其它食品安全監(jiān)測設(shè)備（高效液相色譜、氣相色譜等）聯(lián)合使用時可以在管腔內(nèi)填充特殊物質(zhì)，在磁場中回收、吸附有機(jī)物質(zhì)，在源頭上提高檢測靈敏度、降低成本、簡化步驟。

碳納米管技術(shù)在食品安全檢測中的應(yīng)用

食品添加劑。在相同條件下，物理碳納米管與化學(xué)碳納米管更容易被氧化和切斷，長徑過長的碳納米管的力學(xué)性能和電學(xué)性能比較差。在對瘦肉精進(jìn)行檢測時可以使用差分脈沖伏安和循環(huán)伏安法檢測免疫系統(tǒng)，當(dāng)瘦肉精的單克隆抗體存在時，峰電流降低，檢測限為0.32ng/mL。物理碳納米管可以結(jié)合分子印記膜修飾死亡印刷電極植被成生物傳感器，直接用來檢測豬尿液中含有的克倫特羅是否達(dá)標(biāo)，在源頭上監(jiān)督和控制肉質(zhì)制品的質(zhì)量。

有機(jī)農(nóng)藥殘留檢測。在世界范圍內(nèi)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，有機(jī)磷類農(nóng)藥使用比較廣泛。有機(jī)磷類農(nóng)藥中有與神經(jīng)毒性氣體梭曼和沙林相似的結(jié)構(gòu)，有機(jī)農(nóng)藥應(yīng)用在人和昆蟲的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中會造成神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿堆積在一起，干擾肌組織反應(yīng)使體內(nèi)器官出現(xiàn)痙攣，嚴(yán)重的致死。對食品殘留的有機(jī)農(nóng)藥進(jìn)行檢測，將乙酰堿酯酶固定在碳納米管的表面，制成生物傳感器檢測食品內(nèi)的有機(jī)農(nóng)藥殘留。微型儀器的信號傳輸線路比較微小，在設(shè)計(jì)傳感器時難度比較大。大多數(shù)的農(nóng)藥殘留是微量的，使用生物傳感器的電催化活性在使得低電勢可被檢測到，電極上的樹突狀結(jié)構(gòu)與納米顆粒和碳納米管技術(shù)相似，都有利于提高共軛酶的穩(wěn)定性，在最快、最大范圍內(nèi)檢測到有機(jī)農(nóng)藥殘留物質(zhì)。

獸藥。目前，市場上有很多廉價、穩(wěn)定、大量用于防止家禽傳染疾病的獸藥，獸藥對人體有很大的毒副作用。國家相關(guān)部門對獸藥的使用作出了相關(guān)的規(guī)定和限制，使用GC、HPLC和免疫試紙等方法對獸藥進(jìn)行檢測和控制。在乙二醇中通過物理碳納米管和原位高溫分解將磁性納米顆粒結(jié)合于多壁碳納米管表面形成復(fù)合材料對血漿樣品進(jìn)行檢測。將碳納米管作為固相，聯(lián)合HPLC/MS儀器設(shè)備對獸藥在食品中的殘留情況進(jìn)行檢驗(yàn)。

碳納米管技術(shù)在食品安全檢測中具有很好的應(yīng)用前景，但是由于碳納米管技術(shù)的本質(zhì)缺陷，在沒有修飾的情況下很難溶于容積中，在使用的過程還存在著些許的不足，需要技術(shù)研發(fā)人員對碳納米管技術(shù)做進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。將各種傳感器、電極和方案進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)功能的互補(bǔ)，使不同功能的方案或者電極整合在一個電極上，實(shí)現(xiàn)多功能化的生物傳感器。

作者簡介：

陳冬梅，碩士，伊犁州食品藥品檢驗(yàn)所，高級工程師，食品負(fù)責(zé)人。endprint