日前，在第51屆日內(nèi)瓦國際發(fā)明展上，由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所糧油減損與真菌毒素防控創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“全細(xì)胞生物傳感器陣列及其應(yīng)用”技術(shù)，從全球1000多個(gè)發(fā)明項(xiàng)目中脫穎而出榮膺金獎(jiǎng)。
傳統(tǒng)真菌毒素檢測方法，例如酶聯(lián)免疫、液相色譜、液質(zhì)聯(lián)用、氣質(zhì)聯(lián)用等，雖然靈敏度高，但普遍面臨兩大瓶頸，一是樣品前處理復(fù)雜、依賴昂貴設(shè)備，難以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場快速檢測；二是本質(zhì)屬于“事后檢測”——毒素已產(chǎn)生、糧食已受損，檢測的意義更多在于“確認(rèn)損失”而非“避免損失”。
如何將防線前移，實(shí)現(xiàn)毒素產(chǎn)生前的“實(shí)時(shí)監(jiān)測”和“源頭預(yù)警”？中國農(nóng)科院加工所團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑——用活體微生物細(xì)胞做“傳感元件”。團(tuán)隊(duì)首先鑒定出玉米、花生黃曲霉霉變早期釋放的標(biāo)志性有機(jī)揮發(fā)物，從大腸桿菌中篩選出能特異性響應(yīng)這些信號的啟動(dòng)子基因，再將14種應(yīng)激響應(yīng)啟動(dòng)子與螢光素酶基因融合，構(gòu)建成全細(xì)胞生物傳感器陣列。當(dāng)霉菌剛剛開始活動(dòng)、釋放出微量揮發(fā)物時(shí)，傳感器隨即產(chǎn)生逐級放大的生物發(fā)光信號，實(shí)現(xiàn)了對霉變事件的早期捕捉。
據(jù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人邢福國研究員介紹，為進(jìn)一步提升檢測的精準(zhǔn)度，團(tuán)隊(duì)將傳感器陣列與人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)模型深度融合。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該技術(shù)對霉變與健康樣本的區(qū)分準(zhǔn)確率達(dá)到100%；對霉變前期不同階段花生的預(yù)測準(zhǔn)確度達(dá)95%，玉米達(dá)98%。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步構(gòu)建了由8個(gè)全新發(fā)光菌株組成的升級版?zhèn)鞲衅麝嚵校Y(jié)合高性能集成學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)了對玉米和花生霉變天數(shù)及黃曲霉毒素B1含量的精準(zhǔn)定量預(yù)測。內(nèi)部驗(yàn)證中，模型對玉米霉變天數(shù)與黃曲霉毒素B1含量的預(yù)測，準(zhǔn)確率分別達(dá)到94%和98%；在采用獨(dú)立黃曲霉菌株的外部驗(yàn)證中，模型依然保持了強(qiáng)大的泛化能力，在不同糧食基質(zhì)和真菌菌株中均表現(xiàn)穩(wěn)健。
“該成果已獲得國家發(fā)明專利授權(quán)，并在國際TOP期刊發(fā)表6篇高質(zhì)量論文。”邢福國表示，目前團(tuán)隊(duì)正在加緊研發(fā)小型化便攜式設(shè)備、半導(dǎo)體氣體傳感器和電化學(xué)氣體傳感器，推進(jìn)成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，力爭早日為糧食減損與食品安全智能監(jiān)管提供有力技術(shù)支撐，為全球糧食安全治理貢獻(xiàn)中國方案。
《微流控技術(shù)及市場-2024版》
《即時(shí)診斷應(yīng)用的生物傳感器技術(shù)及市場-2022版》
