碳纳米管技术在食品安全检测中的应用进展
近几年，我国的经济水平在不断提高，人们对生活质量的要求也越来越高。食品是用来维持我们人体机能所需养分的必需品，为了保证食品的安全性和多样性，国家加大了对食品安全检测工作的研究。“民以食为天”，食品的安全性能是影响人们身体健康和生活质量的关键因素。随着国家科技水平的不断提高，在食品安全检测方面的技术研究和材料分析越来越专业。有很多有关食品安全检测的理论知识和方法技术不断的涌现出来，大大地提高了食品安全监测的工作效率、降低了生产成本等等。碳纳米管是一种新型的食品安全检测技术，碳纳米管在食品安全检测工作中可以实现检测方法与技术的自动化、微型化和智能化，具有很好的优良特性以及运用前景。本文研究的主要内容是碳纳米管技术在食品安全检测中的应用进展。
碳纳米管技术的概括
碳纳米管是碳原子按六边形排列构成数层或者数十层的同轴圆管，也可以理解为是由石墨烯片层绕中心轴卷曲在一起的中空无缝管体。根据石墨烯片的层数可以将碳纳米管分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种形式。碳纳米管的导电性和物理结构稳定性都比较好，具有近红外荧光特性和毛细血管效应等等。一般碳纳米管的材料不溶于任何溶剂，所以可以在碳纳米管的表面或者顶端连接有机分子，使碳纳米管共价功能化，也可以使用非共价键结合核酸、表面活性剂、多肽或者多聚物等等。碳纳米管本身可以非共价键结合蛋白质、多肽和核算等作为功能化的锈蚀基团，碳纳米管技术的独特性可以保证碳纳米管技术能够应用于复合材料、吸附剂、催化剂载体和生物传感器等领域。
碳纳米管技术在应用上可以分为两类：一类是基于碳纳米管的生物传感器和电极；一种是与其他监测设备联合使用。生物传感器是由物理传导元件和生物设别元件组成，物理传导部分主要是将生物识别区域的信号输出到电子仪器的线路中，生物识别区域的输出信号有电位、阻抗、电流和电导率等等。生物识别元件主要包括抗体、微生物、DNA、酶等，生物识别元件的作用是提供护理或者人为构建生物环境对大分子反应进行催化，产生生物识别信号或者电化学信号。一般在碳纳米管技术中是用物理传导部分传送信号的。碳纳米管技术有利于富集样品，与其它食品安全監测设备（高效液相色谱、气相色谱等）联合使用时可以在管腔内填充特殊物质，在磁场中回收、吸附有机物质，在源头上提高检测灵敏度、降低成本、简化步骤。
碳纳米管技术在食品安全检测中的应用
食品添加剂。在相同条件下，物理碳纳米管与化学碳纳米管更容易被氧化和切断，长径过长的碳纳米管的力学性能和电学性能比较差。在对瘦肉精进行检测时可以使用差分脉冲伏安和循环伏安法检测免疫系统，当瘦肉精的单克隆抗体存在时，峰电流降低，检测限为0.32ng/mL。物理碳纳米管可以结合分子印记膜修饰死亡印刷电极植被成生物传感器，直接用来检测猪尿液中含有的克伦特罗是否达标，在源头上监督和控制肉质制品的质量。
有机农药残留检测。在世界范围内的农业生产中，有机磷类农药使用比较广泛。有机磷类农药中有与神经毒性气体梭曼和沙林相似的结构，有机农药应用在人和昆虫的中枢神经系统中会造成神经递质乙酰胆碱堆积在一起，干扰肌组织反应使体内器官出现痉挛，严重的致死。对食品残留的有机农药进行检测，将乙酰碱酯酶固定在碳纳米管的表面，制成生物传感器检测食品内的有机农药残留。微型仪器的信号传输线路比较微小，在设计传感器时难度比较大。大多数的农药残留是微量的，使用生物传感器的电催化活性在使得低电势可被检测到，电极上的树突状结构与纳米颗粒和碳纳米管技术相似，都有利于提高共轭酶的稳定性，在最快、最大范围内检测到有机农药残留物质。
兽药。目前，市场上有很多廉价、稳定、大量用于防止家禽传染疾病的兽药，兽药对人体有很大的毒副作用。国家相关部门对兽药的使用作出了相关的规定和限制，使用GC、HPLC和免疫试纸等方法对兽药进行检测和控制。在乙二醇中通过物理碳纳米管和原位高温分解将磁性纳米颗粒结合于多壁碳纳米管表面形成复合材料对血浆样品进行检测。将碳纳米管作为固相，联合HPLC/MS仪器设备对兽药在食品中的残留情况进行检验。
碳纳米管技术在食品安全检测中具有很好的应用前景，但是由于碳纳米管技术的本质缺陷，在没有修饰的情况下很难溶于容积中，在使用的过程还存在着些许的不足，需要技术研发人员对碳纳米管技术做进一步的改进和完善。将各种传感器、电极和方案进行改进，实现功能的互补，使不同功能的方案或者电极整合在一个电极上，实现多功能化的生物传感器。
作者简介：
陈冬梅，硕士，伊犁州食品药品检验所，高级工程师，食品负责人。
碳纳米管技术的概括
碳纳米管是碳原子按六边形排列构成数层或者数十层的同轴圆管，也可以理解为是由石墨烯片层绕中心轴卷曲在一起的中空无缝管体。根据石墨烯片的层数可以将碳纳米管分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种形式。碳纳米管的导电性和物理结构稳定性都比较好，具有近红外荧光特性和毛细血管效应等等。一般碳纳米管的材料不溶于任何溶剂，所以可以在碳纳米管的表面或者顶端连接有机分子，使碳纳米管共价功能化，也可以使用非共价键结合核酸、表面活性剂、多肽或者多聚物等等。碳纳米管本身可以非共价键结合蛋白质、多肽和核算等作为功能化的锈蚀基团，碳纳米管技术的独特性可以保证碳纳米管技术能够应用于复合材料、吸附剂、催化剂载体和生物传感器等领域。
碳纳米管技术在应用上可以分为两类：一类是基于碳纳米管的生物传感器和电极；一种是与其他监测设备联合使用。生物传感器是由物理传导元件和生物设别元件组成，物理传导部分主要是将生物识别区域的信号输出到电子仪器的线路中，生物识别区域的输出信号有电位、阻抗、电流和电导率等等。生物识别元件主要包括抗体、微生物、DNA、酶等，生物识别元件的作用是提供护理或者人为构建生物环境对大分子反应进行催化，产生生物识别信号或者电化学信号。一般在碳纳米管技术中是用物理传导部分传送信号的。碳纳米管技术有利于富集样品，与其它食品安全監测设备（高效液相色谱、气相色谱等）联合使用时可以在管腔内填充特殊物质，在磁场中回收、吸附有机物质，在源头上提高检测灵敏度、降低成本、简化步骤。
碳纳米管技术在食品安全检测中的应用
食品添加剂。在相同条件下，物理碳纳米管与化学碳纳米管更容易被氧化和切断，长径过长的碳纳米管的力学性能和电学性能比较差。在对瘦肉精进行检测时可以使用差分脉冲伏安和循环伏安法检测免疫系统，当瘦肉精的单克隆抗体存在时，峰电流降低，检测限为0.32ng/mL。物理碳纳米管可以结合分子印记膜修饰死亡印刷电极植被成生物传感器，直接用来检测猪尿液中含有的克伦特罗是否达标，在源头上监督和控制肉质制品的质量。
有机农药残留检测。在世界范围内的农业生产中，有机磷类农药使用比较广泛。有机磷类农药中有与神经毒性气体梭曼和沙林相似的结构，有机农药应用在人和昆虫的中枢神经系统中会造成神经递质乙酰胆碱堆积在一起，干扰肌组织反应使体内器官出现痉挛，严重的致死。对食品残留的有机农药进行检测，将乙酰碱酯酶固定在碳纳米管的表面，制成生物传感器检测食品内的有机农药残留。微型仪器的信号传输线路比较微小，在设计传感器时难度比较大。大多数的农药残留是微量的，使用生物传感器的电催化活性在使得低电势可被检测到，电极上的树突状结构与纳米颗粒和碳纳米管技术相似，都有利于提高共轭酶的稳定性，在最快、最大范围内检测到有机农药残留物质。
兽药。目前，市场上有很多廉价、稳定、大量用于防止家禽传染疾病的兽药，兽药对人体有很大的毒副作用。国家相关部门对兽药的使用作出了相关的规定和限制，使用GC、HPLC和免疫试纸等方法对兽药进行检测和控制。在乙二醇中通过物理碳纳米管和原位高温分解将磁性纳米颗粒结合于多壁碳纳米管表面形成复合材料对血浆样品进行检测。将碳纳米管作为固相，联合HPLC/MS仪器设备对兽药在食品中的残留情况进行检验。
碳纳米管技术在食品安全检测中具有很好的应用前景，但是由于碳纳米管技术的本质缺陷，在没有修饰的情况下很难溶于容积中，在使用的过程还存在着些许的不足，需要技术研发人员对碳纳米管技术做进一步的改进和完善。将各种传感器、电极和方案进行改进，实现功能的互补，使不同功能的方案或者电极整合在一个电极上，实现多功能化的生物传感器。
作者简介：
陈冬梅，硕士，伊犁州食品药品检验所，高级工程师，食品负责人。
