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【国家奖】保障舌尖上的安全 做农产品安全卫士

记国家技术发明奖二等奖“农产品中典型化学污染物精准识别与检测关键技术”

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  “民以食为天 食以安为先”,食品安全与老百姓生活息息相关,农产品作为食品的源头,保障农产品质量安全对于老百姓生命健康具有重要意义。近年来,虽然我国农产品质量安全现状总体趋好,然而如毒豇豆、毒韭菜、瘦肉精等系列食品安全事件时有发生,严重威胁消费安全和人民健康,打击了产业发展,影响了国际贸易。这些事件表明,农药、违禁添加物等化学污染物仍是现阶段影响我国农产品质量安全的重要因素。如何实现对农产品中农药、违禁添加物等化学污染物的精准识别与确证检测,为农产品中化学污染物的有效监管提供更加精准的手段,是以中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所王静教授为首席科学家的“农业化学污染物残留检测与行为研究”创新团队一直期望解决的事情。

永乐国际  王静教授自2005年加入质标所以来,带领团队面向世界农产品质量安全科技前沿,以捍卫老百姓“舌尖上的安全”为使命,针对农产品中化学污染物精准检测仍存在前处理特异性差、核心识别材料制备难、检测通量低、灵敏度仍需提高等技术难题,勇挑重担、不断创新,经十余年系统研究,以检得准、检得快、检得多为目标,在分子印迹设计、核心识别材料创制、免疫检测增敏等核心技术上取得了重大突破,其成果曾被列为“舌尖上的安全”六大成果之一,分别在国家“十二五”科技创新成就展、全国农业科技重大成果展展出,在保障农产品质量安全和消费者安全方面发挥了重要作用。

 

特异性“抓取”技术是实现精准检测的有效手段

  通常,存在于农产品中的许多农药、违禁添加物及环境污染物等化学性污染物含量很低,而农产品样品基质比较复杂,一些目标物采用常规的方法很难从样品中准确高效提取出来,致使现有的检测方法依然存在着检不准、检不出、检不多的技术难题。2007年,团队在“863”计划项目支持下,开始潜心研究一种特异性识别材料-分子印迹聚合物,俗称为人工抗体,这种材料可以量身定制,就像钥匙和锁的关系。通俗来讲,目标物相当于钥匙,而分子印迹聚合物相当于锁,一把钥匙只能开一把锁,对需要检测的目标物具有特异性识别的能力,能够从复杂的农产品样品中把所需要的目标物精准“抓取”出来。王静教授的科研团队结合量子化学理论预测技术,从主客体识别机理研究到双模板设计技术、虚拟模板筛选技术、磁性纳米杂化等系列新型制备技术的发明方面进行了全程创新,发现了双模板分子结构及配比与聚合物非均一性结合位点增加的相关性规律,发明了“类特异性”分子印迹设计技术,突破了分子印迹聚合物识别种类少的技术瓶颈,大大扩展了一次可同时萃取的目标物种类,先后成功研制了14类覆盖109种化学污染物的分子印迹固相萃取柱。这些产品弥补和解决了农产品样品前处理不能精准特异性提取的技术瓶颈。目前,该成果核心专利荣获2019年度中国专利奖优秀奖,其系列专利群已实现了技术转让和成果转化。

 

类特异性分子印迹聚合物

 

实现农产品中农药残留现场快速检测不再是一个梦想

永乐国际  “早早孕”试纸条可以快速检查妇女是否怀孕已经成为普通老百姓家喻户晓的快速检测工具。那判断农产品中有没有农药残留是否也可以通过快速检测技术实现呢?这是政府、企业和消费者长期关注和期待的。

  当前,酶联免疫分析试剂盒、胶体金试纸条和化学发光试剂盒已经成为某些成分分析的重要技术手段,在医院、体检中心甚至在家中,大家都可以享受到基于大分子检测的便捷、快速的健康诊断产品。然而,农产品的样品基质复杂,农药残留量极低,分子量小,核心生物识别材料制备困难,检测灵敏度不高。在很长一段时间内,上述技术瓶颈一直制约了农产品中农药残留快速检测技术的应用和发展。针对这些问题,团队和北京勤邦生物技术有限公司通力合作,从农药核心抗体制备技术出发,发明了基于亲脂性与半抗原链臂长度互作的半抗原结构设计技术,克服了传统半抗原分子结构凭经验设计的技术瓶颈,揭示了抗体筛选体系中引入样品基质对提高抗体抗干扰能力的重要性,成功制备了对硫磷、毒死蜱、克百威、三唑磷等亲和性好、抗干扰能力强的44个化学污染物抗体,为实现快速检测提供了核心材料。

  为了提高化学发光免疫快速检测方法的灵敏度,团队在揭示了催化剂与增强剂互作对化学发光检测体系稳定性的影响基础上,发明了化学发光免疫分析核心增敏配方,解决了化学发光免疫分析中存在复杂基质干扰严重的问题,研制出快速检测农药的系列化学发光试剂盒。

  十几年来,项目团队先后研制了56个化学发光、荧光、酶标记等快速检测产品,突破了当前无可靠稳定的农药残留商品化免疫试剂盒的技术瓶颈,这些快速检测产品先后被用于多项重大活动的技术保障中。部分重点产品已经可以走向普通消费者,实现了快检产品的普及应用。

 

设计合成了含不同碳链长度连接臂的系列抗体识别材料

 

关注容易被忽视的污染物  确保农产品质量安全

永乐国际  农药助剂是在农药剂型加工或应用中使用的除农药有效成分以外的其他辅助物质的总称。大量研究证明:许多农药助剂具有高风险,对野生动物和人类的内分泌功能造成干扰,具有类雌激素效应,其在环境领域及其对水生生物的危害已被广泛关注和研究。在2007年以前,我国对农药助剂的危害关注甚少,对农药助剂的管理尚缺乏科学依据,农药助剂残留也成为容易被忽视的一种农产品质量安全风险因子。

永乐国际  2007年,王静教授作为首席专家联合11家单位开始了科技部科技基础性工作专项工作,全面调查研究了我国主要农产品及其产地环境中农药助剂的残留及动态变化。当时国内外缺乏农产品中农药助剂的检测方法,团队针对农药助剂及其代谢物分离难度大的问题,优选吸附与净化材料,研发了复合共净化技术,率先高效分离富集了农产品中系列高风险农药助剂及代谢物,解决了无检测方法的难题,采用建立的方法,获得近十万个残留检测数据,首次评估了农药助剂及其代谢物的安全风险,推动了我国高风险农药助剂监管政策、办法及农药助剂禁限用名单的出台。

  同时,团队还建立了覆盖多环芳烃及卤代衍生物、全氟化合物、溴代阻燃剂及衍生物、有机锡、甲氧基丙烯酸酯类、邻苯二甲酸酯酯类及代谢物等119种环境污染物的几十套典型化学污染物的系列配套高通量同步检测方法,很多方法在污染物残留限量标准制定过程中发挥了重要作用。

永乐国际  目前,该团队研发的系列快速检测产品与确证检测方法已在农产品产地准出、市场准入、风险排查与管控、快速应急处置等方面发挥了重要作用,推动了农产品监测从产地向批发市场、农贸市场和散户的延伸,为保护消费者健康、保障农产品质量安全提供了关键技术支撑。该团队研发的化学污染物精准识别与检测技术与产品在国内外广泛应用,为保障农产品消费和贸易安全作出了重要贡献。

 

创制了14类具特异性和高选择性的MIP固相萃取产品

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