基于核壳智能分子印迹聚合物的动物性食品中四环素类抗生素识别研究

Tetracycline antibiotics are widely used in animal husbandry and aquaculture industry. They remain in animals and produce "anti-foods" that easily accumulate in the human body through the food chain and threaten human health. At present, the detection method of antibiotic residues in animal food system needs complex pretreatment. And the traditional pretreatment technology has some deficiencies such as poor selectivity, large interference and difficult separation. Intelligent molecularly imprinted polymer (MIPs) is a new hot spot in the development of sample pretreatment. The purpose of this project is to design and synthesize intelligent functional monomers for light, heat and pH based on tetracycline antibiotics. We use magnetic response (Fe3O4) as core to build core-shell intelligent MIPs by active polymerization technology. Molecular dynamics was applied to investigate the change regulation and principle of physical and chemical properties of the core-shell intelligent MIPs in external stimuli, and the mechanism of molecular structure reversible to original state in the end of stimulation , and explain the recognition of intelligent MIPs to target molecular science. Developing intelligent MIPs sample pretreatment method based on chromatographic technology to achieve the efficient specific recognition, enrichment, separation and detection in animal food with low content of antibiotics (such as ppb, nanomolar). The implementation of this item has important scientific significance and practical application value for food safety and human health.

四环素类抗生素在畜禽养殖业中使用量大，其在动物体内残留，产生的“有抗食品”容易通过食物链在人体内积蓄，威胁人类健康。目前对动物性食品体系中抗生素残留检测需要经过复杂的前处理，传统前处理技术选择性差，干扰大，分离困难。智能型分子印迹聚合物（MIPs）是目前发展起来的用于样品前处理的新热点。本项目拟以四环素类抗生素为目标分子，设计合成对光、热、pH等智能型功能单体，以磁响应性（Fe3O4）为核，利用活性聚合等技术构建核壳智能型MIPs。利用分子动力学探讨其在外界信号刺激下，自身物理或化学性质的变化规律和原理；以及结束刺激时，其分子结构等如何可逆恢复到原始状态，并解释智能型MIPs对目标分子的识别机理。发展基于智能型MIPs的样品前处理方法，结合色谱技术，实现对动物性食品中痕量四环素类抗生素的快速高效特异识别、富集、分离与检测。本项的实施对食品安全和人类健康具有重要的科学意义和实际应用价值。

项目背景：添加剂在农业生产中被广泛使用，其在动植物体内残留容易通过食物链在人体内积蓄，威胁人类健康。目前对动植物性食品体系中添加剂残留检测需要经过复杂的前处理，传统前处理技术选择性差，干扰大，分离困难。智能型分子印迹聚合物（MIPs）是目前发展起来的用于样品前处理的新热点。主要研究内容：本项目通过对磁性微球（核）表面修饰聚合，选择对光、热、pH等具有响应的功能单体，在一定条件下制备核壳智能型MIPs[核（磁）@壳（MIPs）]。针对不同目标分析物设计合成光刺激响应功能单体、温敏型功能单体和pH敏感型功能单体，利用SEM、FT-IR、MS、NMR等对其形貌结构表征。采用溶剂热法制备Fe3O4微球并修饰其表面，使分子印迹材料优先在磁性Fe3O4微球表面聚合。在此基础上，合成核（磁性微球）壳（刺激响应单体+模板+交联剂）结构。研究核壳智能MIPs在不同环境刺激信号下环境响应分子印迹空穴结构与构象变化规律，功能单体在不同刺激信号下所表现的自组装性、协同性和应答性，从分子水平上更好地解释其响应过程和识别机理。重要结果及关键数据：我们构建了一种新型的磁性荧光分子印迹聚合物（MF-MIPs）传感器，通过双识别机制对4-硝基酚进行高选择性和敏感性的荧光检测。该传感器综合了四氧化三铁纳米粒子的磁响应特性、荧光特性的高灵敏度和MIPs的选择性等优点。该传感器线性范围为0.08 ~ 10 μmol·L−1，检出限（3σ/k）为23.45 nmol·L−1。MIPs传感器检出碳酸饮料和白兰地鸡尾酒中亮蓝含量分别为0.409和1.701 mg/kg，远低于允许的最高添加水平25 mg/kg； MIPs传感器测定奶粉中的叶酸含量为158 μg/100g，与GB5009.211-2014微生物法检测结果高度一致。使用三通道比率荧光传感体系MnO2-OPD-QDs和商业ALP测定试剂盒检测实际样品中ALP活性。三通道传感体系测得人、猪和山羊血清样品中ALP活性与商用ALP检测试剂盒测得结果一致。本项的实施对食品安全和人类健康具有重要的科学意义和实际应用价值。