基于抗体抗原特异性结合原理 用一张试纸五分钟测出农药残留
本报记者 瞿 剑
中国农科院科学家研发的标准化试纸条，可以在5分钟内检测出多种农药残留。受访者供图
近日，一则《手机拍照，五分钟测出农药残留》的消息在朋友圈走红。
食品安全，是社会关注度最高的民生问题之一；而农药残留，又是排位最靠前的食品安全话题。中国农科院农业质量标准与检测技术研究所（以下简称质标所）教授、“农业化学污染物残留检测及行为研究创新团队”首席科学家王静和她的团队，十年磨一剑，研发出这种农药残留快速检测技术，有望守护“舌尖上的安全”。
从农药小分子结构着手，厘清农残快检机理
2018年5月，刚从美国夏威夷大学完成博士后研究工作、加入质标所的曹振博士，递给王静一张几年前他自画的图纸，上面是有关农药检测试纸智能化图像识别的蓝图。
曹博士的手画图纸可以算试纸条图像识别技术的一个蓝图，却并不是该项研究的起始。王静表示，团队获得的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”，主要成果之一就是结合信号放大材料的农药残留免疫分析技术，其实早在十几年前就开始做了。
王静解释，免疫层析的基本原理是基于抗体对抗原的特异性识别，由于小分子农药的特殊结构，制备其抗体有相当的难度。团队就把农药小分子先设计改造成半抗原，再到大分子抗原。经一系列攻关，研制出基于抗原抗体相结合的特异性检测试纸条。
“这项研究的一个重要进展，是从技术路径上解决了农药残留免疫层析试纸条标准化的问题。”曹振进一步说明，最难的是针对不同的农药，需要分别开发其抗体。
传统快检法面临的难题：检不出、检不准、检不多
王静介绍，此前有关农药残留的快速检测方法，主要是基于酶抑制法。它的原理是，乙酰胆碱酯酶遇到有机磷和氨基甲酸酯类农药，活性就会降低。“我们就通过测酶的活力下降程度，即酶抑制率，来看到底有多少有机磷和氨基甲酸酯农药残留。”
原理虽简单，但有机磷类和氨基甲酸酯类农药有100多种。“这些有机磷和氨基甲酸酯对酶的抑制率各不相同，它们或单个、或以各种组合方式存在，增加了检测的复杂性。”她说，此外，蔬菜水果中的生物碱和辛辣成分等物质也会干扰酶的活力，色素还会对显色反应的结果造成影响，导致检测结论的误判。因此长期以来，农药残留快速检测检不出、检不准、检不多问题突出，且该方法对其他类型的农药无法检测。
农残的检测监管大都由专业人员在实验室用昂贵的分析仪器来做，最快需要1到2天才能出具检测报告。“农产品，尤其是许多鲜食类农产品采收后，很难做到等检测结果出来再上市。”王静说，很多情况下，检测报告出具时，相关农产品已经吃进肚子里了。
一个快速准确的开放平台，让农残检测变得唾手可得
“这就是我们做的标准化试纸条。”曹振现场向科技日报记者演示了新的快检法。一旦有了要抓取的目标物，比如一种农药，试纸条上就会有特异性反应；试纸条放进样品提取液，通过层析反应，样品液向上运动到有抗体的位置，就会产生特异性结合。然后通过颜色的变化，就能判断它是否有残留。
“但是它的量是多少，超不超标，并不知道。”王静介绍，于是在试纸条研发的基础上，团队又研发了智能化图像识别算法和微信小程序，提高了整体检测效率。
曹振继续演示：试纸条放进样品溶液，5分钟左右反应稳定；把试纸条拿出，放在试纸条搭载托盘上，用手机拍照，小程序会自动识别试纸条上的条形码，读取到底是什么农药、智能判定其残留量的相对多少（半定量）、超不超标等详细信息；还可实时上传数据分享，收集大数据，监测、判断食品安全实时状况。
王静强调，团队研发的试纸条多通道搭载平台和图像识别算法，理论上可以兼容所有试纸条的定性和半定量判读，并能作为快速检测大数据的移动终端实时收集数据，可以拓展应用于兽药残留、真菌毒素、环境污染物及过敏源检测等，甚至可以搭载疾病诊断试纸条，比如新冠病毒检测试纸条。
“实际上它起的是快速筛查的作用，节约大量成本和人力物力。”王静表示，这项技术的更大意义还在于，让快速、准确的农药残留检测变得唾手可得，从而帮助实现“餐桌上的安全”。
（《科技日报》2020年7月7日第 7 版。）
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