基于抗體抗原特異性結合原理 用一張試紙五分鐘測出農藥殘留
科技日報記者 瞿 劍
中國農科院科學家研發的標準化試紙條，可以在5分鐘內檢測出多種農藥殘留。受訪者供圖
近日，一則《手機拍照，五分鐘測出農藥殘留》的消息在朋友圈走紅。
食品安全，是社會關注度最高的民生問題之一；而農藥殘留，又是排位最靠前的食品安全話題。中國農科院農業質量標準與檢測技術研究所（以下簡稱質標所）教授、“農業化學污染物殘留檢測及行為研究創新團隊”首席科學家王靜和她的團隊，十年磨一劍，研發出這種農藥殘留快速檢測技術，有望守護“舌尖上的安全”。
從農藥小分子結構著手，厘清農殘快檢機理
2018年5月，剛從美國夏威夷大學完成博士后研究工作、加入質標所的曹振博士，遞給王靜一張幾年前他自畫的圖紙，上面是有關農藥檢測試紙智能化圖像識別的藍圖。
曹博士的手畫圖紙可以算試紙條圖像識別技術的一個藍圖，卻并不是該項研究的起始。王靜表示，團隊獲得的國家技術發明獎二等獎“農產品中典型化學污染物精準識別與檢測關鍵技術”，主要成果之一就是結合信號放大材料的農藥殘留免疫分析技術，其實早在十幾年前就開始做了。
王靜解釋，免疫層析的基本原理是基于抗體對抗原的特異性識別，由于小分子農藥的特殊結構，制備其抗體有相當的難度。團隊就把農藥小分子先設計改造成半抗原，再到大分子抗原。經一系列攻關，研制出基于抗原抗體相結合的特異性檢測試紙條。
“這項研究的一個重要進展，是從技術路徑上解決了農藥殘留免疫層析試紙條標準化的問題。”曹振進一步說明，最難的是針對不同的農藥，需要分別開發其抗體。
傳統快檢法面臨的難題：檢不出、檢不準、檢不多
王靜介紹，此前有關農藥殘留的快速檢測方法，主要是基于酶抑制法。它的原理是，乙酰膽堿酯酶遇到有機磷和氨基甲酸酯類農藥，活性就會降低。“我們就通過測酶的活力下降程度，即酶抑制率，來看到底有多少有機磷和氨基甲酸酯農藥殘留。”
原理雖簡單，但有機磷類和氨基甲酸酯類農藥有100多種。“這些有機磷和氨基甲酸酯對酶的抑制率各不相同，它們或單個、或以各種組合方式存在，增加了檢測的復雜性。”她說，此外，蔬菜水果中的生物堿和辛辣成分等物質也會干擾酶的活力，色素還會對顯色反應的結果造成影響，導致檢測結論的誤判。因此長期以來，農藥殘留快速檢測檢不出、檢不準、檢不多問題突出，且該方法對其他類型的農藥無法檢測。
農殘的檢測監管大都由專業人員在實驗室用昂貴的分析儀器來做，最快需要1到2天才能出具檢測報告。“農產品，尤其是許多鮮食類農產品采收后，很難做到等檢測結果出來再上市。”王靜說，很多情況下，檢測報告出具時，相關農產品已經吃進肚子里了。
一個快速準確的開放平臺，讓農殘檢測變得唾手可得
“這就是我們做的標準化試紙條。”曹振現場向科技日報記者演示了新的快檢法。一旦有了要抓取的目標物，比如一種農藥，試紙條上就會有特異性反應；試紙條放進樣品提取液，通過層析反應，樣品液向上運動到有抗體的位置，就會產生特異性結合。然后通過顏色的變化，就能判斷它是否有殘留。
“但是它的量是多少，超不超標，并不知道。”王靜介紹，于是在試紙條研發的基礎上，團隊又研發了智能化圖像識別算法和微信小程序，提高了整體檢測效率。
曹振繼續演示：試紙條放進樣品溶液，5分鐘左右反應穩定；把試紙條拿出，放在試紙條搭載托盤上，用手機拍照，小程序會自動識別試紙條上的條形碼，讀取到底是什么農藥、智能判定其殘留量的相對多少（半定量）、超不超標等詳細信息；還可實時上傳數據分享，收集大數據，監測、判斷食品安全實時狀況。
王靜強調，團隊研發的試紙條多通道搭載平臺和圖像識別算法，理論上可以兼容所有試紙條的定性和半定量判讀，并能作為快速檢測大數據的移動終端實時收集數據，可以拓展應用于獸藥殘留、真菌毒素、環境污染物及過敏源檢測等，甚至可以搭載疾病診斷試紙條，比如新冠病毒檢測試紙條。
“實際上它起的是快速篩查的作用，節約大量成本和人力物力。”王靜表示，這項技術的更大意義還在于，讓快速、準確的農藥殘留檢測變得唾手可得，從而幫助實現“餐桌上的安全”。
