探討磁性納米材料的功能化及其在農(nóng)獸藥殘留檢測中的應(yīng)用

◎ 張立元，顧慧丹，樓超群，孫亞威，張 露

（南京市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院，江蘇 南京 210000）

磁性納米材料功能技術(shù)是近幾年不斷發(fā)展的全新樣品處理技術(shù)，與傳統(tǒng)吸附技術(shù)相比，磁性納米材料在實(shí)際使用過程中憑借其物質(zhì)直徑較小、比表面積大、表面功能化及磁性物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)等方面的優(yōu)勢，在農(nóng)獸藥殘留檢測中廣泛應(yīng)用。

1 磁性納米材料的種類

磁性納米材料因具備光源、電力、磁性、熱敏感及材料催化等功能被廣泛使用。磁性納米離子是一種利用磁場進(jìn)行系統(tǒng)化操作的高精尖技術(shù)，此離子一般包含2種成分，包括磁性材料和功能性的化學(xué)成分。①磁性材料一般為鐵物質(zhì)、鎳物質(zhì)及鈷物質(zhì)。②功能性的化學(xué)成分物質(zhì)的納米顆粒基礎(chǔ)直徑＜1 μm，較大顆粒直徑一般為0.5～500.0 μm。磁性納米材料是由許多單個(gè)的磁性納米物質(zhì)組成的磁性群體，一般被稱為磁性納米顆粒組合。磁性納米顆粒物質(zhì)自身具備較大的表面面積、優(yōu)質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性及熱量穩(wěn)定性，在物質(zhì)催化方面具備較大的發(fā)展前景，如應(yīng)用于納米材料催化劑、生物醫(yī)學(xué)和組織焦油物質(zhì)提取等方面。

1.1 金屬框架納米材料

金屬框架納米材料又被稱為多孔配位聚合物物質(zhì)，主要由金屬微離子或金屬簇共同構(gòu)成，是現(xiàn)階段具有發(fā)展前景的多孔洞晶體材料。金屬框架納米材料是以有機(jī)配體為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)骨架，金屬離子為物質(zhì)結(jié)構(gòu)的核心條件，通過配位鍵構(gòu)成三維空間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)多孔材料相比，金屬框架納米材料有機(jī)骨架結(jié)構(gòu)更加多樣化，如可調(diào)節(jié)的孔洞結(jié)構(gòu)、可選擇的多功能配合結(jié)構(gòu)體等。金屬框架納米材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)骨架較易被合成，因此該材料被廣泛應(yīng)用于材料吸附、催化等相關(guān)發(fā)展領(lǐng)域中[1]。在材料選擇上，應(yīng)充分結(jié)合磁性納米材料及金屬有機(jī)骨架的優(yōu)勢制作復(fù)合材料，并不斷進(jìn)行擴(kuò)展研究。

1.2 離子液態(tài)納米材料

離子液態(tài)納米材料屬于熔融鹽物質(zhì)，通常由有機(jī)陽離子物質(zhì)、有機(jī)或無機(jī)陰離子物質(zhì)共同構(gòu)成，在室溫環(huán)境或接近室溫條件下，該物質(zhì)呈現(xiàn)液體狀態(tài)。離子液體物質(zhì)具備液態(tài)范圍較寬、蒸汽壓力較低等特點(diǎn)和優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于物質(zhì)的萃取分離領(lǐng)域。在實(shí)際操作和實(shí)驗(yàn)過程中，為進(jìn)一步提升離子液體物質(zhì)在固態(tài)物質(zhì)下的萃取能力，需將該物質(zhì)作為基礎(chǔ)萃取試劑載體與磁性納米粒子結(jié)合，構(gòu)成離子液體功能化的磁性納米粒子，該材料主要被用于生態(tài)環(huán)境、食物檢測等復(fù)雜樣品的痕量分析。

1.3 碳納米管材料

碳納米管材料在實(shí)際應(yīng)用過程中具有較強(qiáng)的操作優(yōu)勢，在此技術(shù)上發(fā)展的磁性分子物質(zhì)能通往外部磁場對(duì)被測物質(zhì)作進(jìn)一步檢測，完成被測物質(zhì)的快速吸收和洗脫操作。碳納米管材料被廣泛應(yīng)用于被測物質(zhì)的分離和整合，不僅操作較簡單，且在實(shí)際操作環(huán)節(jié)中能有效節(jié)省樣品處理時(shí)間。

1.4 分子聚合納米材料

分子聚合納米材料包含特殊的空間結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)孔洞，該物質(zhì)具備制作流程簡單便捷、材料穩(wěn)定且能反復(fù)使用等技術(shù)優(yōu)勢。在此技術(shù)上發(fā)展的磁性分子痕跡能通過外部磁場環(huán)境針對(duì)被測物質(zhì)選擇具有集中性能的材料作為基礎(chǔ)條件[2]。該材料使用過程中，MMIP NPs系統(tǒng)識(shí)別位置點(diǎn)需構(gòu)建在磁納米粒子物質(zhì)的表面或靠近表面的位置上，有效完成被測物質(zhì)的快速吸附和洗脫操作。該材料可應(yīng)用于被測物質(zhì)的富集分離環(huán)節(jié)，操作模式較簡單，且能有效節(jié)省樣品預(yù)處理的時(shí)間。

2 磁性納米材料發(fā)展趨勢

磁性納米材料展現(xiàn)出與常規(guī)磁性材料不同的特點(diǎn)，是由于其具有的磁性材料相關(guān)的物理特點(diǎn)且粒子長度恰好處于納米級(jí)別，如磁單疇數(shù)據(jù)尺寸、超順磁性臨界數(shù)據(jù)尺寸、粒子作用長度及電子平均路程等均＞1～100 nm量級(jí)，當(dāng)磁性體具體數(shù)據(jù)尺寸與其自身物理特點(diǎn)長度達(dá)到平衡時(shí)，呈現(xiàn)出相對(duì)反常的磁性性質(zhì)。在磁性納米材料在農(nóng)獸藥殘留檢測的應(yīng)用中，納米表征技術(shù)主要是指高科技材料基礎(chǔ)理論研究與實(shí)際應(yīng)用技術(shù)的相互結(jié)合，對(duì)我國高新材料產(chǎn)業(yè)的核心發(fā)展具有重要的推進(jìn)作用。因此，可對(duì)全國范圍內(nèi)的農(nóng)獸藥殘留檢測環(huán)節(jié)進(jìn)行推廣和宣傳，為我國高新生產(chǎn)技術(shù)作出更大貢獻(xiàn)。磁性納米材料在納米表征技術(shù)條件下得到了進(jìn)一步發(fā)展，如應(yīng)用于磁性材料、信息化、自動(dòng)化及機(jī)電一體化等相關(guān)方面[3]。

3 磁性納米材料應(yīng)用策略

3.1 處理前應(yīng)用

進(jìn)行農(nóng)獸藥殘留物質(zhì)檢測時(shí)，利用磁性納米材料能有效分析出樣品應(yīng)用性質(zhì)的復(fù)雜程度，如生物、外部環(huán)境、食品樣品等相關(guān)物質(zhì)一般情況下包含多種成分，且每種成分之間組合十分復(fù)雜且多變，如金屬離子物質(zhì)、有機(jī)小分子聚合物質(zhì)、蛋白質(zhì)物質(zhì)及脂肪物質(zhì)等，復(fù)雜的物質(zhì)成分一定程度上會(huì)導(dǎo)致設(shè)備污染、系統(tǒng)信號(hào)干擾及基礎(chǔ)效應(yīng)等問題。因此使用磁性納米材料進(jìn)行農(nóng)獸藥殘留檢測時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行科學(xué)、有效的技術(shù)處理，實(shí)現(xiàn)分離富集被測物質(zhì)，達(dá)到農(nóng)獸藥殘留物質(zhì)檢測的最終目的。

近幾年，磁性材料應(yīng)用于樣品物質(zhì)處理已取得較高的操作效果，如磁性物質(zhì)固態(tài)萃取操作時(shí)，磁性固相萃取（Magnetic Solid Phase Extraction，MSPE）技術(shù)主要以液態(tài)固色土坯理論為基礎(chǔ)條件，以磁性與可磁化材料為基礎(chǔ)吸附試劑，將吸附試劑添加至樣品溶液中直接作用于被測目標(biāo)物質(zhì)上，完全吸附后，被測物質(zhì)會(huì)在強(qiáng)磁作用下與吸附試劑一起被分離，為保證磁性材料操作質(zhì)量，需選擇合適的洗脫溶劑，被測物質(zhì)洗脫完畢后開展后續(xù)檢測操作。

農(nóng)獸藥殘留檢測使用磁性納米材料時(shí)，需以MSPE技術(shù)為操作技術(shù)條件，以磁性納米材料為基礎(chǔ)條件，且物質(zhì)需要根據(jù)測試情況選擇適合的輔助材料，不斷提升材料基礎(chǔ)穩(wěn)定性，如為進(jìn)一步提升農(nóng)獸藥殘留檢測水平，技術(shù)人員需建立磁性離子液體物質(zhì)與高效液相色譜聯(lián)合使用等全新技術(shù)方式，用于水環(huán)境中氯物質(zhì)的含量評(píng)測。在不存在揮發(fā)性有機(jī)溶劑物質(zhì)檢測水平情況下，磁性離子液體雙水相體系（Magnetic Ionic Liquid Aqueous Two-Phase System，MILATPs）技術(shù)模式不僅具備快速萃取的優(yōu)秀水平，一定程度上還可對(duì)外部磁場環(huán)境進(jìn)行輔助相分離操作。

技術(shù)人員進(jìn)一步提出了基礎(chǔ)分散固態(tài)微萃取操作與高效液相色譜技術(shù)相結(jié)合的全新方式，能綜合評(píng)定獸藥物質(zhì)檢測過程中樣品基礎(chǔ)激素物質(zhì)。技術(shù)人員通過專業(yè)技術(shù)研究，成功合成了PAMAM樹狀的大分子修飾固態(tài)操作物質(zhì)，并對(duì)其技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)探索和研究，通過專業(yè)技術(shù)操作開發(fā)出與高效液相色譜-紫外光譜法（High Performance Liquid Chromatography-Ultraviolet，HPLC-UV）位置相結(jié)合的磁性固相萃取方法，可對(duì)農(nóng)獸藥殘留的基礎(chǔ)信息和數(shù)據(jù)開展真實(shí)代謝參數(shù)評(píng)定。結(jié)合現(xiàn)階段磁性納米材料的功能化操作現(xiàn)狀，技術(shù)人員成功將微波輔助磁固相萃取技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)獸藥參數(shù)檢測過程中，尤其是全新復(fù)合材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，磁性納米材料作為MSPE吸附劑物質(zhì)，對(duì)被檢測材料普遍具備純化作用。

3.2 生物傳感器應(yīng)用

在磁性納米材料的應(yīng)用過程中，生物傳感器技術(shù)主要是一種將物質(zhì)濃度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的信息檢測設(shè)備，該設(shè)備主要由分子識(shí)別結(jié)構(gòu)零部件及信號(hào)轉(zhuǎn)化設(shè)備共同構(gòu)成，能應(yīng)用于物質(zhì)信息檢測及農(nóng)獸藥殘留成分分析。該生物敏感零部件對(duì)特殊的化學(xué)活性物質(zhì)具備一定的選擇性和可逆響應(yīng)，需通過專業(yè)技術(shù)進(jìn)行pH數(shù)值測定、電力導(dǎo)向化學(xué)信號(hào)等方面的轉(zhuǎn)變進(jìn)一步檢測農(nóng)藥殘留情況。如在對(duì)檢測設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究過程中，技術(shù)人員對(duì)乙酰膽堿酯酶物質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)探索和技術(shù)處理，最終使物質(zhì)中的微粒通過磁性設(shè)備的吸附能力覆蓋整個(gè)復(fù)合薄膜表面結(jié)構(gòu)，制作成一次性的有機(jī)磷農(nóng)藥酶傳感器。由于該傳感設(shè)備使用過程中對(duì)表面活性較高的蔬菜檢測結(jié)果反應(yīng)十分迅速，技術(shù)人員又提出了一種全新的磁性單鏈DNA結(jié)合蛋白復(fù)合探針的小分子檢測技術(shù)手段，并通過金屬顆粒上固定的適配結(jié)構(gòu)體進(jìn)行制作，最終制作出具有磁性物質(zhì)的探針設(shè)備，可有效對(duì)食物中的氯霉素物質(zhì)進(jìn)行技術(shù)處理。當(dāng)檢測設(shè)備的探針結(jié)構(gòu)上適配的結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生明顯轉(zhuǎn)變時(shí)，此技術(shù)能拓展成其他小分子物質(zhì)檢測[4]。

3.3 免疫分析應(yīng)用

在免疫分析應(yīng)用過程中，主要以磁性納米物質(zhì)為基礎(chǔ)條件，通過在該物質(zhì)表面形成連接抗體，最終形成高效的人工抗體操作材料，應(yīng)用于抗體免疫反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的樣品結(jié)構(gòu)分離。目前，磁性納米材料的功能化已被應(yīng)用在生活領(lǐng)域及化學(xué)領(lǐng)域中，同時(shí)由于該物質(zhì)自身技術(shù)特點(diǎn)優(yōu)勢，也能應(yīng)用在復(fù)雜樣品農(nóng)獸藥殘留檢測中。在免疫技術(shù)的分析和探索過程中，農(nóng)獸藥殘留研究越來越側(cè)重納米顆粒技術(shù)水平、靈敏程度、技術(shù)特點(diǎn)及簡化操作等。在眾多酶物質(zhì)檢測過程中，F(xiàn)e3O4磁性納米粒子能較好地表現(xiàn)出類過氧化物酶活性水平，與其他酶物質(zhì)相比，F(xiàn)e3O4物質(zhì)能最大程度地克服天然酶物質(zhì)的溫度及外部環(huán)境的約束和限制。因此，技術(shù)人員可使用磁珠酶免疫分析技術(shù)方式對(duì)被測物質(zhì)進(jìn)行快速分析和探索[5]。為進(jìn)一步提升氯霉素物質(zhì)基礎(chǔ)檢測的靈敏度，技術(shù)人員需開展方案設(shè)計(jì)，以此為基礎(chǔ)詳細(xì)對(duì)比2種免疫磁力檢測技術(shù)方式，并將以上2種技術(shù)方式應(yīng)用于獸藥殘留檢測，經(jīng)長時(shí)間檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不同技術(shù)方式對(duì)緩沖液物質(zhì)中的氯霉素物質(zhì)都具有較高的靈敏度，且普遍具備較高的特異性和回收率，技術(shù)人員首次建立了用于檢測牛奶中氟喹諾酮類抗生素殘留的安培磁免疫傳感器。

4 結(jié)語

功能化磁性納米復(fù)合材料兼具磁性納米粒子獨(dú)特的磁分離特性和功能化材料優(yōu)良的吸附特性，已在農(nóng)獸藥殘留檢測領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。