面向食品安全的霉菌毒素蓝光光盘检测技术研究

Food safety is critical to people’s life, for which troumendous amount of efforts has been devoted to develop monitoring or diagnostic techniques. An accurate, rapid screening method is the must to ensure today’s food safety. Within many food safety concerns, the mycotoxin contamination is one of the most serious issues. Conventional chromatography is the most accurate detection and quantitation method, but it is typically time-consuming, labor-intensive, and limited to well-equipped laboratories as it requires special instrumentation and highly trained personnel..Optical disc is the most successful data storage technology in the 20th century; Blu-Ray is the newest format with the highest storage capacity and the best reading accuracy. We have in the past explored application of optical discs for molecular screening: the discs offer versatile substrate materials, and optical drives can be adapted as quantitative optical reading devices for microarray biochips. .Based on our previous successful studies, we propose herein the development of a bioassay platform based entirely on standard blu-ray disc (BD) technology for quantitative mycotoxin detection and quantitation. We envision to realize the fabrication of the assay disc using a standard inkjet printer and the signal readout with conventional blu-ray drive. The proposed technology promises to be a versatile analytical/diagnostic tool for medical screening, on-site food/water safety testing, and remote environmental monitoring.

食品安全是关系到国计民生的大事，全世界各国在食品安全技术方面投入了极大的人力与物力，其中准确、快速的现场检测技术是保证食品安全最为关键的手段之一。在众多食品安全风险因素中，以霉菌毒素的污染及危害最为严重。标准色谱法是目前最为准确的检测方法，但所需设备昂贵、操作复杂、耗时长、需专业人员操作，难以实现现场检测。. 蓝光光盘（Blu-Ray Disc）是继DVD之后的新一代光盘格式之一，用以存储高质量的影音以及高容量的数据。在利用各类光盘（CD/DVD）进行数据读写时，人们创造性地将光盘作为生物分子结合载体，并利用计算机光驱精密的读取与伺服系统进行生物分子的检测。在我们坚实的前期研究基础上，本申请项目提出了基于蓝光光盘（Blu-Ray Disc）技术的霉菌毒素微阵列检测方法，并且利用普通打印机实现霉菌毒素检测微阵列的自动化制备。这种方法具有成本低，操作简单，易推广，在线快速检测的优点。

在众多食品安全风险因素中，霉菌毒素的污染以及危害非常突出。AFB1具有极强的毒性和致癌性，对人或动物的肝脏具有破坏作用，可导致肝癌、肾癌甚至死亡，严重危害人们的身体健康。目前传统的检测AFB1方法大多需借助专业的仪器设备，操作繁琐，不能满足现场快速检测的需求，因此开发一种快速、简便、低成本的用于检测AFB1的方法是非常必要的。 在项目执行期，通过结合光电检测技术、微流控技术、数字图像分析、光学系统设计以及手机应用程序开发等多个交叉学科技术，利用光盘/光驱、智能手机、扫描仪等消费类电子产品研发了霉菌毒素、有机磷农药残留的现场快速检测技术与仪器。具体主要开展了以下几方面工作：1.研发了基于蓝光光盘（BD）纠错原理的生物分子定量检测技术。在深入研究BD纠错原理的基础上，提出以光盘自身的纠错机制以及光驱激光头精密的读取工作原理为基础的生物光盘表面微阵列的诊断技术；2. 首次提出了利用水解反应，解决了之前BD表面活化困难的难题。在以水解活化处理后的BD光盘为基底，由标准蓝光光驱结合免费的光盘质量诊断软件读取分析错误数信号，实现对AFB1的定量检测。检测范围为0.5~200 ng/mL，检测限达到0.5 ng/mL，完全满足我国甚至欧美国家对食品中AFB1含量的限定标准；3.研发了基于智能手机检测系统的黄曲霉毒素B1定量检测技术。该技术以透明塑料片作为基底，借助PDMS微通道进行间接竞争免疫反应，结合智能手机检测系统（包括智能手机检测软件和3D打印便携式光学装置）实现多个样品的同时检测，并直接显示出样品中AFB1的含量，真正实现对AFB1的快速、简便、低成本定量检测。检测范围为0.5~250 ppb，检测限达到0.5 ppb，远低于国家对食品中AFB1含量的限定标准（20 ppb）。 . 项目执行期间发表学术论文16篇， 包括SCI收录论文7篇，其中在Anal.Chem., Sensor. Acuate B, ACS Appl. Mater. Inter. 发表SCI Top1区文章4篇，三篇论文评为当期封面文章。授权国家发明专利4项，软件著作登记6件。所研发食品安全速测仪，获2016年全国科技工作者创新创业大赛银奖。培养博士研究生1名，硕士研究生23名，其中14名获硕士学位。