重金属离子检测成为一道保障“舌尖上的安全”的防线

近年来，随着工业发展，各种各样的重金属离子排入土壤和水源，随后被动植物吸收，又随着食物链进入人体，“镉大米”“毒蔬菜”等食品安全事件屡有发生。重金属在人体内能与蛋白质、酶等发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中累积，造成慢性中毒。

那么，如何避免这些重金属超标的产品流向餐桌？重金属离子检测成为一道保障“舌尖上的安全”的防线。但是，传统重金属离子检测方法依赖于大型仪器，操作烦琐且耗时费力，不适用于现场检测。近日，中科院理化所微纳材料与威廉希尔官方网站 研究中心设计了一种超浸润重金属离子检测纸芯片，可以让重金属离子检测快速出结果。

喷墨打印超浸润图案

重金属离子污染，主要是指铜、汞、铅、铬、锰、钴、镍、镉等造成的污染，这些重金属离子超标会引起身体不适，甚至诱发癌症。尤其是汞及其化合物属于剧毒物质，可在人体内蓄积。

中科院理化所研究员贺军辉告诉《中国科学报》记者：“课题组承担了有害污染物检测的国家重点研发计划课题，其中汞离子是既常见危害性又很大的元素。由于我们在超浸润材料方面有不少研究经验，所以就尝试将超浸润材料与重金属离子检测结合起来，想要研发出新的检测方法。”

据了解，当液滴与材料表面之间的接触角接近0度（超亲）或者大于150度（超疏），这种材料就被称为超浸润材料。“超浸润材料有很好的作用，再微小的区域也可以进行相互作用。我们先将超浸润材料图案化，再与生化反应结合起来，这样就可以形成检测纸芯片。”贺军辉介绍道。

那么，如何实现高精度超浸润图案的制作呢？课题组想出了一个办法——那就是利用喷墨打印威廉希尔官方网站 ，在超亲水的材料上打印出超疏水的圆圈、线条，可以精细到几百个纳米，这样就能形成灵敏的微反应器。

“喷墨打印威廉希尔官方网站 是微电子行业大量应用的方法，可以在一个平面上做成各种各样精细的图案，例如集成电路的芯片，我们的思路就是借鉴了之前的经验。”贺军辉说。

高精度超浸润图案制作完成后，研究人员又在超浸润图案内通过喷墨打印探针分子，实现了重金属离子分析纸芯片的制作。在实际检测过程中，只需将纸芯片放入待测水样中，根据颜色变化即可实现水样中重金属离子的可视化分析。

贺军辉说：“现在像试纸这样的便携式设备几乎没有，颜色变化可以用手机先拍摄下来，再去进行仔细分析，其实可以在很大程度上方便老百姓应用，包括环境执法上也可以更加迅速。”

生物酶进行毒性评估

除此之外，课题组还设计了一种利用生物酶进行重金属离子毒性评估的方法。贺军辉表示：“由于重金属离子对生物酶具有明显的抑制作用，当它们互相‘碰面’后，重金属离子就会破坏生物酶的催化作用，所以我们通过酶促显色反应，实现了水样中重金属离子的总毒性评估。”

为了提高生物酶的储存时效，研究人员选择利用水凝胶对生物酶进行包埋。“之前这些反应只能在烧瓶中进行，通过我们的改良，就可以让它们在纸基芯片上发生作用。”贺军辉说。

这个办法不仅简化了实际检测的操作步骤，还能为便携式重金属离子检测试剂盒的研发奠定基础。在课题组的预想中，便携式重金属离子检测试剂盒可以达到“一种试纸检测一种重金属离子”的效果。

在研究过程中，课题组也不得不面临着两个重要的难题：如何保证芯片稳定性和检测灵敏度。为了让产品更好地适应市场需求，芯片要保证在几个月到一年的时间内有效。水凝胶包裹生物酶等生物大分子，可以将有效期提高到半年以上，与此同时检测灵敏度就会随之下降。

贺军辉说：“目前超浸润重金属离子检测纸芯片的灵敏度做到了ppb级，与期待的还有一些距离，我们期望将来可以做到ppt级。”

让重金属离子检测“现场化”

据了解，传统重金属离子检测威廉希尔官方网站 主要依托于大型的检测设备，而且需要在标准的检测实验室中进行，整个过程往往需要一天甚至更长的时间，花费也不少。因此，便携式的重金属离子检测仪器一直是市场的一个“大缺口”。

“例如当百姓到超市、农贸市场买东西时，并不知道有没有重金属离子残留。如果能简单测试一下且不是很贵，就可以让大部分人接受这个产品。例如过去检测血糖要到医院，现在便携式的血糖仪只要用针扎一下就能知道结果。虽然精确性上有差距，但作为便携式的工具，已经能够满足现实需求了。”贺军辉表示。

由于中科院理化所微纳材料与威廉希尔官方网站 研究中心一直有基础研究、产业开发应用的良好积淀，在下一步的工作中，产业化已经写入了课题组的日程表中。

贺军辉告诉记者，课题组首先会考虑推广汞离子检测的试纸。“例如环境科学这方面，国家有很多环境监测站，对重金属离子检测高度重视。便携式重金属离子检测试剂盒大批量生产时，我们的成本会控制在几毛钱，与之前的检测方法相比，价格会大幅度降低。”

“这是一种普适性的方法，当我们开发出廉价、灵敏度高的产品，就能够得到广泛应用。无论亲水还是疏水体系，这种方法都能形成一系列环境检测、医疗检测的现场检测芯片。当现场检测芯片与实验室的大型设备结合起来，就会为环境监测和医疗监控提供新途径，意义很大。”贺军辉说。