農(nóng)殘檢測新利器：新型便攜式表面增強(qiáng)拉曼光譜儀

　　近年來，三聚氰胺奶粉、蘇丹紅雞蛋、毒豆芽等事件不時(shí)曝光，民眾對于食品安全的關(guān)注也日益強(qiáng)烈。如何把好舌尖上的安全關(guān)，檢測檢驗(yàn)是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。可惜傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室檢測，需要切片、細(xì)菌培養(yǎng)等諸多環(huán)節(jié)，時(shí)間長、花費(fèi)大、效率低，在“大批量進(jìn)出”的果蔬檢測領(lǐng)域“心有余而力不足”。

　　近日，北京工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與生物工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心主任鄭大威利用拉曼光譜的特性研發(fā)出了先進(jìn)的檢測技術(shù)，可以在幾分鐘內(nèi)快速測出瓜果蔬菜上的生長激素、殘留農(nóng)藥，保障舌尖上的安全。這一技術(shù)在之前的“三聚氰胺”事件中已經(jīng)得到有效驗(yàn)證。目前，鄭大威帶領(lǐng)著團(tuán)隊(duì)還在進(jìn)一步深入研究拉曼光譜，將它引入癌癥早期篩查，造福更多的人群。

　　微弱而敏感的拉曼光譜

　　一束光，看似是黃白色，但經(jīng)過棱鏡的折射，可以看到赤橙黃綠青藍(lán)紫，五彩繽紛。在大自然里，其實(shí)還有大量我們看不見的“光”：紅外線、紫外線……它們同樣可以通過光柵分離，按照波長、頻率不同分成一道道光譜。拉曼光譜就是其中的一種。

　　“光是有能量的，不同的波長對應(yīng)不同的能量，投射到不同的物體會(huì)產(chǎn)生不同的效果，比如紫外線就可以殺菌。”鄭大威說，這就好比不同尺寸的小石頭去擊打不同厚度的玻璃，小石頭能擊碎薄玻璃，大石頭能擊碎厚玻璃，“它們中間建立著一種微妙的對應(yīng)。如果我們能利用這種對應(yīng)，確定標(biāo)準(zhǔn)參照，就能溯源鎖定它的對應(yīng)物。”鄭大威說，拉曼光譜的一個(gè)特點(diǎn)恰恰就是能夠反映分子結(jié)構(gòu)的特性，自從上世紀(jì)20年代被發(fā)現(xiàn)以來，很少有人摸清它的奧妙。

　　進(jìn)入新世紀(jì)，拉曼光譜迅速走紅。“拉曼光譜的能量非常微弱，但卻非常敏感，特異性強(qiáng)，因此特別適合進(jìn)行快速篩查檢測。”鄭大威說，學(xué)界意識到這一前景，爭相開始做應(yīng)用研究。他也是其中一個(gè)，1980年考入北工大環(huán)境監(jiān)測專業(yè)，打下了扎實(shí)的化學(xué)分析基礎(chǔ)。1996年鄭大威就開始做光譜研究，進(jìn)入了拉曼光譜研究的前沿。

　　三聚氰胺檢測初露鋒芒

　　光譜是光線經(jīng)過色散以后的頻譜，聽不見摸不著，似乎很枯燥，但鄭大威研究得很投入，一干就是20多年。如何讓微弱的拉曼光譜發(fā)揮“火眼金睛”的作用，他合成的增強(qiáng)試劑能將拉曼散射的強(qiáng)度放大10萬倍以上。這樣，任何物質(zhì)中的異樣成分，即使是細(xì)小如分子，都無所遁形。

　　在2008年的“三聚氰胺”事件中，鄭大威與合作企業(yè)應(yīng)用便攜式表面增強(qiáng)拉曼光譜儀小試牛刀。鄭大威回憶說，此前國內(nèi)監(jiān)測奶粉是否合格的一項(xiàng)重要指標(biāo)就是蛋白質(zhì)，具體就用氮元素含量來體現(xiàn)，這給了一些不法商家以可乘之機(jī)，他們在普通奶粉里摻加根本不能被嬰兒吸收的三聚氰胺，大幅提高氮含量。

　　事件被曝光后，國家相關(guān)部門開始緊急篩查各批次奶是否含有三聚氰胺，按照標(biāo)準(zhǔn)，篩查采用液相色譜、質(zhì)譜聯(lián)用的辦法。這種檢測設(shè)備一套價(jià)值200萬元，檢測一個(gè)樣品花費(fèi)千元以上，耗時(shí)近3小時(shí)，“等著檢測的奶農(nóng)排起長隊(duì)，嚴(yán)重影響了市場上奶制品供應(yīng)的時(shí)效性。”在這樣的背景下，國家農(nóng)業(yè)、質(zhì)監(jiān)、工商等部門下了“招賢榜”，征集快速有效的檢測方法。

　　鄭大威與合作企業(yè)緊急研發(fā)的便攜式表面增強(qiáng)拉曼光譜儀參與了測試，這臺檢測儀大放異彩，檢測10個(gè)樣品全部正確，每個(gè)樣品檢測時(shí)間只需3分鐘。

　　快速測出豆芽中的激素

　　這次應(yīng)急檢測讓拉曼光譜檢測技術(shù)一舉成名。只可惜當(dāng)時(shí)沒有相關(guān)國家檢測標(biāo)準(zhǔn)，不能給執(zhí)法提供有力支撐，該方法最終沒有被采納。但團(tuán)隊(duì)也收獲了一個(gè)重要的提示：簡便快捷的食品檢測檢驗(yàn)，無論是對用戶，還是對執(zhí)法者，是很重要可行的解決方案。

　　鄭大威團(tuán)隊(duì)的研究仍在繼續(xù)，他們對準(zhǔn)了數(shù)量龐大的進(jìn)京蔬菜、水果。鄭大威介紹，現(xiàn)在國家對于蔬菜水果的安全監(jiān)管日益嚴(yán)格，無論是在田間的源頭，還是市場的終端，都建立了一系列措施。但一旦蔬菜、水果運(yùn)輸量大，容易出現(xiàn)檢測的盲點(diǎn)。

　　以北京為例，北京市大量的食品菜品來自外地，屬于典型的輸入型城市。面對這么大批量的食品菜品，提供快速檢測方法，對菜農(nóng)和執(zhí)法機(jī)構(gòu)都會(huì)帶來很大的便利。

　　他們開發(fā)出了全新的拉曼光譜檢測設(shè)備，這部設(shè)備在現(xiàn)場對豆芽中殘留的人為添加植物生長激素進(jìn)行了檢測，時(shí)間也就短短幾分鐘，檢測結(jié)果與大型檢測設(shè)備的結(jié)果基本一致，“如果能應(yīng)用到批發(fā)市場，檢測作業(yè)的效率就會(huì)大大提高。” 鄭大威說。

　　還將用于癌癥早期篩查

　　鄭大威說，今年最新拉曼光譜檢測儀器會(huì)上市，為保證食品安全和生命醫(yī)療領(lǐng)域提供檢測服務(wù)，也為政府便捷執(zhí)法提供了可能性。

　　在鄭大威的實(shí)驗(yàn)室見到了這種檢測儀器的最新樣品，只有普通的旅行箱大小，一個(gè)成年人完全可以拎起來帶走。打開箱子，防震保護(hù)殼內(nèi)是一部尺寸約等于DVD機(jī)的設(shè)備，它一端連接一臺小型筆記本電腦，另一端連接一只略大于錄音筆的激光筆，“手握激光筆，直接對著被檢測物就可以開始工作，就跟我們熟悉的做B超一樣。”他說。

　　鄭大威透露，他們在應(yīng)用表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)檢測致病微生物研究方面已經(jīng)達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平，癌細(xì)胞快速篩查工作也正在進(jìn)行中，“拉曼光譜技術(shù)的好處就是以檢測樣品的譜圖去比對它的標(biāo)準(zhǔn)譜圖，一旦有異常，就可以迅速發(fā)現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)點(diǎn)。”鄭大威說，前不久有學(xué)者研究稱可以從人的唾液中發(fā)現(xiàn)早期癌細(xì)胞的蹤跡，“用拉曼光譜技術(shù)進(jìn)行檢測，就可以發(fā)現(xiàn)體液成分里面的微妙變化，為癌癥早期發(fā)現(xiàn)提供依據(jù)。”

　　他說，現(xiàn)在進(jìn)行癌癥篩查，最主要的方式就是切面進(jìn)行病理化驗(yàn)分析，耗時(shí)長、花費(fèi)大，如果用便攜式拉曼光譜檢測設(shè)備，病人在手術(shù)的同時(shí)，快速檢測就可以隨之開始，很短時(shí)間就能拿到初步檢測報(bào)告，為后續(xù)治療提供科學(xué)依據(jù)，贏得寶貴時(shí)間。

　　除了在北工大任教外，鄭大威還是北京市食藥監(jiān)局標(biāo)準(zhǔn)審查專家、北京市食品安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控中心的專家組成員，對于食品安全他有著清醒的認(rèn)識。近年來，屢屢曝光的食品安全事件讓一些民眾對于食品安全狀況產(chǎn)生了懷疑。黃瓜是不是都用激素催熟的，西紅柿是不是越紅越不能吃……

　　對此鄭大威說，目前從國家到地方，對于食品安全都是越來越重視。尤其是在北京，蔬菜、水果從產(chǎn)地到超市、市場，監(jiān)管是很嚴(yán)格的。市民從正規(guī)渠道購買，安全問題不必?fù)?dān)心。不過他也坦言，有些農(nóng)藥是必須要用的，國家對此也有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，微量的農(nóng)藥殘留肯定不能避免，但是應(yīng)該是在安全范圍之內(nèi)的。

　　 　　如何去除這些殘留農(nóng)藥？很多市民用面粉、小蘇打等各種小竅門。鄭大威說，現(xiàn)在很多農(nóng)藥是油溶性的，不溶于水，清洗效果最好的還是用正規(guī)品牌的果蔬洗滌劑，“很多人會(huì)認(rèn)為洗滌劑也有毒，但事實(shí)上，國內(nèi)洗滌劑的品牌非常集中，都是一些大廠，國家監(jiān)管也很到位。果蔬洗滌劑本身的毒性非常低，加上之后用水沖干凈，清洗效果可以信賴。”