超高效免疫磁MOFs纳米材料设计及其在动物源样品前处理中的应用研究

To detect meat, milk and other foods of animal origin is the last line of defense to ensure food safety. Whether the testing technology is mature or not depends on the pretreatment technology of the sample. In the existing detection method standard, the sample pretreatment process takes up about 60% of the time. The operation is cumbersome, and the loss of the tested sample is serious, and a large amount of organic solvents are consumed. The reasonable designed and synthesized metal organic frameworks (MOFs) nanomaterials had larger specific surface area and porosity, variable structure and function, with strong adsorption of beta agonists and other small molecular compounds. After magnetic modification, the MOFs were coupled with broad-spectrum antibody (single chain antibody, nanoantibody), with specific binding of targets. Characterization and functional identification of MOFs nanomaterials and their immunomagnetic conjugates by scanning electron microscope, X ray diffraction, infrared spectroscopy, Raman spectroscopy etc. Establishment of super efficiency sample pretreatment technology based on immune magnetic MOFs nanomaterials, was consisted of targeting adsorption, directional adsorption and magnetic separation, to provide solutions for purification of complex animal derived samples.

对肉蛋奶等动物源样品进行检测是保障食品安全的最后一道防线。检测技术成熟与否取决于样品前处理技术。现有的检测方法标准中，样品前处理过程占用了60%左右的时间，操作繁琐，待测物损失严重，且消耗大量有机溶剂。经合理设计合成的金属有机框架（Metal organic frameworks , MOFs）纳米材料具有较大的比表面积和孔隙率、结构和功能的可变性，具有较强的吸附β-激动剂等小分子化合物的作用；将其进行磁性修饰，再与单链抗体、纳米抗体等结构小、空间位阻效应低的广谱抗体偶联，具有特异性吸附结合待测物的功能；对MOFs纳米材料及其免疫磁性MOFs聚合物用扫描电镜、X射线衍射、傅里叶红外光谱、拉曼光谱等进行表征和功能鉴定；研究建立基于免疫磁性MOFs纳米材料为载体的“靶向吸附-定向吸附-磁性分离”的超高效样品前处理技术，为解决复杂动物源样品基质净化难题提供对策。

当前，对肉蛋奶等动物源样品进行检测是保障食品安全的最后一道防线。检测技术成熟与否取决于样品前处理技术。现有的检测方法标准中，样品前处理过程占用了60%左右的时间，且伴随操作繁琐，待测物损失严重等问题，严重阻碍了食品安全检测技术的发展。.本项目围绕当前动物样品前处理吸附效果差、分离富集难、孵育时间长等问题，开发了多种前处理吸附材料并建立相关前处理技术。首先基于网格化学指导，设计合成了一系列比表面积大（400-1200 m2/g）、孔隙率高（＞90%）、吸附性能强、生物亲和性好的MOFs材料（NH2-UiO-66、UP/UiO-66、NH2-MIL-101、PC-ZIF-8、SiO2@HKUST-1和MOF-74）。通过吸附学研究发现NH2-UiO-66和UP/UiO-66对磺胺类具有高效选择性（饱和吸附容量40.5-139.64 mg/g）。开发了对五种酚类内分泌干扰物（PEDCs）高吸附性的PC-ZIF-8泡沫（PC-ZIF-8对BPA的最大吸附容量可达172.9 mg/g）。基于Discovery Studio辅助设计出多种托烷生物碱半抗原。结合基因工程技术成功扩增可变区序列，表达出性能稳定且耐酸、碱的重组抗体（scFv）。托烷生物碱scFv相较传统单克隆抗体，具有可定向修饰，抗杂交瘤细胞自然变异的优势。以抗凝血鼠药—鼠得克（Difenacoum, DIF）的AR-H2半抗原免疫羊驼，使用流式细胞分选和单B细胞筛选技术，成功得到耐热型的抗DIF的纳米抗体AR-H2-1。基于前线轨道理论和分子动力学理论，使用有限元分析及量子化学方法探究了NH2-UiO-66和UP/UiO-66和磺胺、PC-ZIF-8和PEDCs、Mn-MOFs-74@Ab和单增李斯特菌之间的相互作用机制。发现MOFs与化合物及微生物的互作机制主要为：π电子堆积、氢键相互作用以及静电吸附。基于MOFs复合材料建立了牛奶中磺胺的免洗脱前处理技术；首次使用可回收多聚糖MOFs泡沫，用于环境水中PEDCs的高效循环吸附；制备Mn-MOF-74免疫传感器，用于饮水和牛奶中单增李斯特菌的富集及高灵敏定量。.本项目基于功能化MOFs，针对动物源食品中多种小分子化合物及致病卫生物开发了多种快速、高效、环境友好的前处理与检测技术，为解决复杂动物源样品基质净化难题提供有效对策。