微纳生物传感检测：让老百姓吃得放心

中国检验检疫科学研究院研究团队正在进行项目研讨

近年来，我国的食品安全突发事件层出不穷。而这些食品安全问题大多源于食源性致病菌的污染和食品生产、加工过程中对农药、兽药、添加剂等的不科学使用，甚至是违用、滥用等违法、违规行为所致。要从根本上解决食品安全问题，就必须对食品的生产、加工、流通和销售等各环节实施全程管理和监控，食品安全快检技术也就随之应运而生。

“实验室检测方法和仪器很难及时、快速而全面的从各环节监控食品安全状况，而快速、方便、准确、灵敏是食品安全快检技术的最大优势。”中国检验检疫科学研究院首席科学家邹明强说。

以前，检测瘦肉精、三聚氰胺需要价值数百万元甚至上千万元的仪器设备，如今，一张价值几元的检测卡插在猪尿和牛奶中，几分钟就会显示结果。一个粉笔盒大小的试剂盒，可以精确地检测出食品中是否含有对人体有害的农兽药残留物及其含量……这就是食品安全快检的“魔力”。

“以试剂盒、ELISA、PCR、纳米生物技术、生物传感技术、便携式分析仪器等为代表的快速检测、移动检测技术在中国食品安全保障体系中扮演着重要的角色。”邹明强认为，其中生物传感器技术具有快速、灵敏、特异、简便等特点，在食品检测领域具有广阔的应用前景。

近几年，在邹明强的带领下，中国检验检疫科学研究院研究团队针对禽流感、甲型H1N1流感和瘦肉精等重大公共卫生安全事件迫切的检测技术需求，基于微纳生物传感技术，以发展“既快又灵”的高效检测技术为目标，通过原理创新和技术发明，构建了服务于食品和公共卫生安全保障的检测方法系统。该项目荣获2014年度北京市科学技术奖一等奖。

小小快检用处大

据了解，食品质量安全检测方法有很多，包括现场检测方法，实验室定量检测方法，以及确认方法等。从实验室检测来看，快速检测方法其实是起到了有益的补充，这是由它自身的特点决定的。与传统仪器方法相比，快检技术快速、简单，可以测固体及液体样品。而且快速检测对配套的前处理设备要求不高，可以允许提取样品中杂质成分的存在，同时也就决定了其市场地位在筛选中的必须性，这样可以与高档的仪器进行互补，以快速检测方法进行初筛，再用仪器方法进行确证，从而构建效率和准确度均较高的检测体系。

快速检测的优势在于前端，直接性、时效性、现场感。快速检测的形式是与生产现场、时间要求相结合，而传统的实验室检测通常用时较长，例如将产品送到第三方检测中心进行检测，快则几日，慢则一两周，对于生产经营者来讲，时间成本的损耗是巨大的。这就需要企业自身在生产初期、源头位置对风险加以把控。产品质量安全需要依靠质量管理与前端风险排查、检测，这样才有可能在产品出厂前，最大程度保证其质量安全。

构建“既快又灵”的检测技术系统

据了解，现有快检技术，主要为胶体金免疫层析法和酶联免疫吸附法，虽然操作简便、成本低，但其灵敏度不够高。“如果强调灵敏准确，则难于实现便捷，存在‘灵而不快’问题，导致安全因子发现不及时；若兼顾快速、高通量，则不宜实现灵敏可靠，存在‘快而不灵’问题，导致误检和漏检，留下安全隐患。”邹明强说，“既灵敏又快速”的检测技术成为亟待攻克的技术难题。

生物传感器检测技术系以识别元件（酶、抗体/抗原、核酸、标记材料等）为特异性载体而转换为电、光、磁等信号实现检测，为解决上述问题提供了新兴的技术途径。

“针对我国食品和公共卫生安全检测的更高要求，亟待开展融合前沿微纳米技术的现代生物传感检测技术攻关，大幅度提升检测灵敏度、定量化、通量、多靶分型和同检等分析性能，实现既快又灵检测，提供高效、实用、便捷、可靠的快检解决方案，破解‘检不出’‘检不准’‘检不快’难题，为食品和公共卫生安全提供服务和技术支撑。”邹明强表示。

在邹明强的带领下，研发团队通过研究纳米金颗粒原位聚集效应，建立层析快检卡通用增敏技术，开发荧光胶乳定量试纸条及荧光检测仪，解决“快而不灵”的问题，实现高危病原“既快又准”检测。

项目团队提出了流式技术竞争式免疫分析新原理，发明了编码微球及荧光探针试剂制备技术，开发多种小分子同步检测方法，解决“灵而不快”的问题，实现多种农兽药高通量筛检，引入不确定度概念，保证检测结果客观、准确；阐明酶分子构象稳定机制，突破抗原决定簇类结构修饰难题，建立酶活性保护技术与类特异抗体制备技术，开发类检试剂盒（卡），解决农兽药类检稳定性及包容性难题，并开发共轭滤光定量检测器，实现层析快检卡数字判读；集成荧光探针、生物信号转导等，建立分子马达核酸分型传感检测技术，实现食源性病原菌多型同检。

“由此我们构建了‘既快又灵’的检测技术系统，成果应用实现标准化及产业化，为提升公共卫生安全应对能力提供检测技术支持。”邹明强说。

传统检测技术实现飞跃

“该项目综合利用多项微纳生物传感技术，建立了系列高灵敏高通量检测技术，在实现技术创新的同时也推动了相关技术的进步。”邹明强说。

首先，项目技术改善提升了传统检测技术水平，实现了传统检测技术的飞跃。胶体金免疫层析检测技术具有简便快速、成本低等优势，现场检测应用广泛，但灵敏度低与不能定量检测大大限制了它的应用范围。该项目建立了纳米金增敏技术，大幅度提高传统胶体金检测方法的灵敏度，在与禽流感国家标准检测方法的比对测试中，准确度一致，灵敏度相当，增敏技术使胶体金检测技术达到了定量PCR的水平，有效提高了疫病防控水平。

同时，项目研发团队用荧光标记取代了传统的金标记，实现了层析检测的定量检测，更加扩展了层析检测技术的应用范围，特别是通过目标物含量的多少来进行的检测。“这项技术使传统免疫层析技术实现了灵敏度大幅提升与定量测定。”邹明强说。

其次，该项目是多技术交叉融合，通过合力提升了技术水平。在流式荧光编码微球检测技术中，应用化学与材料技术合成了量子点等标记物，应用生物技术实现了目标物的准确捕获，在检测结果的判定中又引入了不确定度等统计学概念，使检测结果更加客观科学，几种技术集合在一起形成的是具有多种优点的检测技术。

最后，根据应用需求，建立了点面结合的检测技术。准确测定目标物是检测技术的终极目标，而测定类别也具有广泛的实际需求。然而，目前广泛使用的农残酶抑制法快筛法，因酶试剂难于在通常条件下保存和运输，制约了该法的应用可靠性。

“该项目发明了稳定贮藏酶试剂配方，有效保障了该方法的可靠性，提高了其应用价值，该方法一次可检测涵盖约300种高毒农药。”邹明强说。

据了解，该项目团队围绕快检仪器、试剂（卡、盒）及方法构建了较为完整的快检技术系统，获国际专利授权1项，国家发明专利授权15项，软件着作权1项，制定国标3项，医疗器械注册证6项，发表SCI论文35篇。项目禽流感层析传感增敏技术经第三方检测机构验证，与国标定量PCR法检测结果一致且灵敏度相当；参加全国甲型H1N1流感双盲双测筛选名列第一；鉴定意见认为项目整体技术达到国际先进水平。

“项目以需求为牵引，以应用为导向，利用微纳生物传感技术实现了检测技术的突破，既推动了检测技术的进步，也反馈促进了微纳生物传感技术的发展。”邹明强说。

项目成果开花结果

如今，项目成果已广泛用于甲型H1N1流感全国联防联控、国境检验检疫、国家残留监控计划、北京奥运和上海世博会食品安全保障，大力促进了我国应对公共卫生安全水平提升。

据了解，自2005年以来，项目团队基于项目微纳生物传感原理开发了系列快速检测技术及产品，并积极进行产品规模化生产，开拓产品市场，为科技成果转化树立了良好典范，陆续在我国出入境检验检疫、农业、工商、质监和卫生等200多个食品检测机构和1000多家企业得到广泛应用，出口至20多个国家或地区。

北京勤邦生物公司基于该项目核心技术开发的磺胺类十五合一试剂盒、磺胺类试纸条、喹诺酮类试剂盒、喹诺酮类试纸条、四环素类试剂盒、四环素类试纸条、β-内酰胺类+四环素类二联卡、呋喃西林代谢物试剂盒产品显着提高了检测性能，实现了多靶同检，大幅提升了企业自检自控能力，取得了良好的社会效益和经济效益。

据介绍，勤邦公司的部分产品性能指标优于国外产品，检测成本仅为同类产品的2/3，有效替代进口产品。检测集约化和多元化，检测效率高，检测成本低，节约了资金。相关快检产品被评为“中关村国家示范区新技术新产品”，并出口至印度、泰国、新加坡等10多个国家，近三年经济效益显着。

“如今，利用该项目成果的快检产品已广泛应用于全国各地蔬菜、水果农残检测。”邹明强介绍说，宁夏天然蜂产品公司应用项目成果进行产品自检自控，有效保障了其产品质量安全，“十里花”蜂产品畅销国际市场。“应用项目快检技术缩短检验周期，提高检测效率，保障了50多亿元销售额产品安全”。