Es gibt viele Lebensmittelarten, eine lange Lieferkette und eine schwierige Sicherheitsüberwachung. Detektionstechnologie ist ein wichtiges Mittel zur Gewährleistung der Lebensmittelsicherheit. Bestehende Detektionstechnologien stehen jedoch vor Herausforderungen bei der Lebensmittelsicherheitserkennung, wie z. B. mangelnde Spezifität der Schlüsselmaterialien, lange Probenvorbehandlungszeiten, geringe Anreicherungseffizienz und geringe Selektivität der Kernkomponenten der Detektion wie massenspektrometrischer Ionenquellen, die eine Echtzeitanalyse von Lebensmittelproben ermöglichen. Angesichts dieser Herausforderungen hat unser Expertenteam unter der Leitung von Zhang Feng eine Reihe technologischer Durchbrüche in der Erforschung von Schlüsselmaterialien, Kernkomponenten und innovativen Methoden für Lebensmittelsicherheitstests erzielt.
Im Hinblick auf die Forschung und Entwicklung wichtiger Materialien hat das Team den spezifischen Adsorptionsmechanismus von Vorbehandlungsmaterialien für Schadstoffe in Lebensmitteln untersucht und eine Reihe hochspezifischer Adsorptionsmaterialien mit Mikro-Nanostruktur zur Vorbehandlung entwickelt. Der Nachweis von Zielsubstanzen im Spuren-/Ultraspurenbereich erfordert eine Vorbehandlung zur Anreicherung und Reinigung, doch vorhandene Materialien verfügen nur über begrenzte Anreicherungsfähigkeiten und eine unzureichende Spezifität, sodass die Nachweisempfindlichkeit nicht den Nachweisanforderungen entspricht. Ausgehend von der Molekularstruktur analysierte das Team den spezifischen Adsorptionsmechanismus von Vorbehandlungsmaterialien für Schadstoffe in Lebensmitteln, führte funktionelle Gruppen wie Harnstoff ein und bereitete eine Reihe kovalenter organischer Gerüstmaterialien mit chemischer Bindungsregulierung vor (Fe3O4@ETTA-PPDI, Fe3O4@TAPB-BTT und Fe3O4@TAPM-PPDI) und beschichtete die Oberfläche magnetischer Nanopartikel. Durch die Verwendung zur Anreicherung und Reinigung von Schadstoffen wie Aflatoxinen, Fluorchinolon-Tierarzneimitteln und Phenylharnstoff-Herbiziden in Lebensmitteln konnte die Vorbehandlungszeit von einigen Stunden auf wenige Minuten verkürzt werden. Im Vergleich zu nationalen Standardmethoden ist die Nachweisempfindlichkeit um mehr als das Hundertfache erhöht. Dadurch werden die technischen Schwierigkeiten einer schlechten Materialspezifität überwunden, die zu umständlichen Vorbehandlungsprozessen und einer geringen Nachweisempfindlichkeit führen, wodurch die Nachweisanforderungen nur schwer erfüllt werden können.
Im Rahmen der Forschung und Entwicklung von Kernkomponenten wird das Team neue Materialien trennen und mit Massenspektrometrie-Ionenquellen integrieren, um hochselektive Massenspektrometrie-Ionenquellenkomponenten und Echtzeit-Massenspektrometrie-Schnelldetektionsverfahren zu entwickeln. Die derzeit häufig verwendeten kolloidalen Goldteststreifen für die Vor-Ort-Schnelldetektion sind zwar klein und tragbar, weisen jedoch eine relativ geringe qualitative und quantitative Genauigkeit auf. Die Massenspektrometrie bietet zwar den Vorteil einer hohen Genauigkeit, ist jedoch sperrig und erfordert eine langwierige Probenvorbehandlung sowie chromatographische Trennprozesse, was den Einsatz für die Vor-Ort-Schnelldetektion erschwert. Das Team hat den Engpass bestehender Echtzeit-Massenspektrometrie-Ionenquellen, die nur über eine Ionisierungsfunktion verfügen, überwunden und eine Reihe von Technologien zur Modifizierung von Trennmaterialien in Massenspektrometrie-Ionenquellen eingeführt, die Ionenquellen eine Trennfunktion ermöglichen. Komplexe Probenmatrizes wie Lebensmittel können gereinigt und gleichzeitig die Zielsubstanzen ionisiert werden. Dadurch entfällt die aufwändige chromatographische Trennung vor der Lebensmittel-Massenspektrometrie-Analyse. Es wurden eine Reihe von Echtzeit-Massenspektrometrie-Ionenquellen mit integrierter Trennung und Ionisierung entwickelt. Wenn das entwickelte molekular geprägte Material mit einem leitfähigen Substrat gekoppelt wird, um eine neue Massenspektrometrie-Ionenquelle zu entwickeln (wie in Abbildung 2 gezeigt), wird eine Echtzeit-Massenspektrometrie-Schnellnachweismethode für den Nachweis von Carbamatestern in Lebensmitteln mit einer Nachweisgeschwindigkeit von ≤ 40 Sekunden und einer quantitativen Grenze von bis zu 0,5 μ etabliert. Im Vergleich zur nationalen Standardmethode wurde die Nachweisgeschwindigkeit von g/kg von einigen zehn Minuten auf einige zehn Sekunden reduziert und die Empfindlichkeit um fast das 20-fache verbessert, wodurch das technische Problem der unzureichenden Genauigkeit bei der Technologie zur Erkennung der Lebensmittelsicherheit vor Ort gelöst wurde.
Im Jahr 2023 erzielte das Team eine Reihe von Durchbrüchen in der innovativen Testtechnologie für Lebensmittelsicherheit, indem es 8 neue Reinigungs- und Anreicherungsmaterialien und 3 neue Ionenquellenelemente für die Massenspektrometrie entwickelte; 15 Erfindungspatente beantragte; 14 autorisierte Erfindungspatente; 2 Software-Urheberrechte erhielt; 9 Lebensmittelsicherheitsstandards entwickelte und 21 Artikel in in- und ausländischen Zeitschriften veröffentlichte, darunter 8 SCI Zone 1 TOP-Artikel.