碳納米管技術在食品安全檢測中的應用進展

近幾年，我國的經濟水平在不斷提高，人們對生活質量的要求也越來越高。食品是用來維持我們人體機能所需養分的必需品，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。“民以食為天”，食品的安全性能是影響人們身體健康和生活質量的關鍵因素。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研究和材料分析越來越專業。有很多有關食品安全檢測的理論知識和方法技術不斷的涌現出來，大大地提高了食品安全監測的工作效率、降低了生產成本等等。碳納米管是一種新型的食品安全檢測技術，碳納米管在食品安全檢測工作中可以實現檢測方法與技術的自動化、微型化和智能化，具有很好的優良特性以及運用前景。本文研究的主要內容是碳納米管技術在食品安全檢測中的應用進展。

碳納米管技術的概括

碳納米管是碳原子按六邊形排列構成數層或者數十層的同軸圓管，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。根據石墨烯片的層數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。碳納米管的導電性和物理結構穩定性都比較好，具有近紅外熒光特性和毛細血管效應等等。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分子，使碳納米管共價功能化，也可以使用非共價鍵結合核酸、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合蛋白質、多肽和核算等作為功能化的銹蝕基團，碳納米管技術的獨特性可以保證碳納米管技術能夠應用于復合材料、吸附劑、催化劑載體和生物傳感器等領域。

碳納米管技術在應用上可以分為兩類：一類是基于碳納米管的生物傳感器和電極；一種是與其他監測設備聯合使用。生物傳感器是由物理傳導元件和生物設別元件組成，物理傳導部分主要是將生物識別區域的信號輸出到電子儀器的線路中，生物識別區域的輸出信號有電位、阻抗、電流和電導率等等。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理或者人為構建生物環境對大分子反應進行催化，產生生物識別信號或者電化學信號。一般在碳納米管技術中是用物理傳導部分傳送信號的。碳納米管技術有利于富集樣品，與其它食品安全監測設備（高效液相色譜、氣相色譜等）聯合使用時可以在管腔內填充特殊物質，在磁場中回收、吸附有機物質，在源頭上提高檢測靈敏度、降低成本、簡化步驟。

碳納米管技術在食品安全檢測中的應用

食品添加劑。在相同條件下，物理碳納米管與化學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性能和電學性能比較差。在對瘦肉精進行檢測時可以使用差分脈沖伏安和循環伏安法檢測免疫系統，當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標，在源頭上監督和控制肉質制品的質量。

有機農藥殘留檢測。在世界范圍內的農業生產中，有機磷類農藥使用比較廣泛。有機磷類農藥中有與神經毒性氣體梭曼和沙林相似的結構，有機農藥應用在人和昆蟲的中樞神經系統中會造成神經遞質乙酰膽堿堆積在一起，干擾肌組織反應使體內器官出現痙攣，嚴重的致死。對食品殘留的有機農藥進行檢測，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的有機農藥殘留。微型儀器的信號傳輸線路比較微小，在設計傳感器時難度比較大。大多數的農藥殘留是微量的，使用生物傳感器的電催化活性在使得低電勢可被檢測到，電極上的樹突狀結構與納米顆粒和碳納米管技術相似，都有利于提高共軛酶的穩定性，在最快、最大范圍內檢測到有機農藥殘留物質。

獸藥。目前，市場上有很多廉價、穩定、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。國家相關部門對獸藥的使用作出了相關的規定和限制，使用GC、HPLC和免疫試紙等方法對獸藥進行檢測和控制。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合于多壁碳納米管表面形成復合材料對血漿樣品進行檢測。將碳納米管作為固相，聯合HPLC/MS儀器設備對獸藥在食品中的殘留情況進行檢驗。

碳納米管技術在食品安全檢測中具有很好的應用前景，但是由于碳納米管技術的本質缺陷，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，需要技術研發人員對碳納米管技術做進一步的改進和完善。將各種傳感器、電極和方案進行改進，實現功能的互補，使不同功能的方案或者電極整合在一個電極上，實現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所，高級工程師，食品負責人。endprint