我院陈翊平教授课题组在抗生素残留检测方面取得新进展

1. 研究背景

抗生素残留超标一直是制约我国乳品行业发展的主要问题之一。其中氯霉素作为一种高效的抑菌性广谱抗生素，被用于养殖业中以预防奶牛的感染。然而，氯霉素在牛奶中的残留却存在极大的潜在危害。人体摄入氯霉素对骨髓造血机能有抑制作用，可引起粒细胞缺乏病、再生障碍性贫血和溶血性贫血，严重者可产生致死效应。而且，人体对氯霉素较动物更敏感，婴幼儿的代谢和排泄机能尚不完善，对氯霉素最敏感，可出现致命的“灰婴综合征”。因此，食品安全国家标准中明确规定乳品中不得检出氯霉素。这就需要有满足现实需求检测方法的开发。基于此需求，陈翊平教授课题组构建了基于纳米颗粒表面增强椭圆偏振成像生物传感器（Surface-enhanced imaging ellipsometry biosensor, SEIE-biosensor），实现了对牛奶中氯霉素残留超灵敏、便捷快速的检测，并且从理论上探讨了纳米颗粒使椭偏信号增强的机理。

2. 相关研究工作

（1）研究方法

椭圆偏振技术在测量膜厚度方面具有极高的分辨率（约1 nm），鉴于这一特性，该技术可用于无标记生物传感。然而，在痕量目标物的检测中该技术仍存在椭偏信号弱、灵敏度不够等问题。因此对椭偏信号进行信号放大是解决问题的关键所在。考虑到纳米颗粒在生物传感器中作为信号放大和信号读出媒介的显著优势，而且从理论上椭偏信号的强弱与厚度、介电常数和表面覆盖率这三个因素直接相关。因此将纳米颗粒用于椭偏信号的放大具有两个明显的优点：一是纳米颗粒的大小和质量远大于蛋白质（抗体或抗原），可以大幅度提高椭圆偏振光的厚度分辨率，有助于放大椭圆偏振信号；二是纳米颗粒具有独特的光学特性，可以直接改变椭圆偏振光或通过协同效应增强椭圆偏振信号，这也可能有助于增强椭圆偏振信号。基于此原理，我们将纳米颗粒（磁纳米颗粒和金纳米颗粒）用于增强椭偏信号，并从实验和理论的角度进行了验证，证明纳米颗粒对椭偏信号的放大具有明显效果，将其应用于牛奶中氯霉素残留的检测时达到了超灵敏、快速检测的目的。

图1 纳米颗粒用于SEIE-biosensor信号放大的原理图

（2）实验结果

本工作对包覆于硅板上的30 nm磁颗粒进行了SEM和AFM表征（图2），表明30 nm磁颗粒能够通过抗原-抗体相互作用吸附在硅板表面，并且磁颗粒能够有效的增强椭偏信号。在方法的分析性能方面，比较了SEIE-biosensor和IE-biosensor检测氯霉素的灵敏度（图3），结果表明纳米颗粒介导的表面增强椭偏成像传感器性能明显优于传统的方法，最低检出限可达6 pg/mL。最后，通过方法比较和真实样本检测（图4），表明本方法具有良好的准确性。

图2 磁纳米颗粒包覆于硅板上的SEM图谱（左）/AFM图谱（右）

图3 SEIE-biosensor和IE-biosensor检测氯霉素的灵敏度比较

图4 SEIE、HPLC-MS和IE用于检测牛奶样品中的氯霉素

（3）论文相关信息

相关工作发表于Analytical Chemistry杂志上（Anal. Chem. 2019, 91, 6769-6774），论文第一作者为华中农大食品科技学院王知龙博士，通讯作者为陈翊平教授（E-mail: chenyiping@mail.hzau.edu.cn.），本研究获“国家自然科学基金”（81671784）资助。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.9b00846