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近年来CRISPR/Cas技术系统为基因调控和基因组工程提供强大工具的同时，由于其附属切割活性，也为核酸检测提供了一种全新且高效的检测方式。但是，该系统的生物学应用存在一定的局限性，例如，现有CRISPR报告探针多在核酸分子末端进行化学修饰，存在产率低、纯化难、稳定性差、成本高等问题；CRISPR/Cas技术可直接检测核酸，但是难以直接检测蛋白、重金属离子、农兽药残留等食品安全危害因子。这些问题限制了CRISPR/Cas技术在食品安全检测领域的应用。

针对以上问题，我们开展CRISPR新型报告探针的研发工作。通过解析报告探针对CRISPR的响应机制，提出 “元件-核酸-结构”三位一体的CRISPR报告探针构筑策略。结合核酸纳米技术，在DNA分子上负载纳米元件，减少化学修饰的同时，利用纳米尺寸效应提高响应灵敏度。最终，我们获得了锰基纳米酶比色探针、电化学探针等系列高性能CRISPR报告探针。

在此基础上开发面向多类型食品安全风险物质的CRISPR/Cas检测技术。提出“信号换能”策略，利用功能核酸的变构触发换能效应，将非核酸信号转变为核酸信号，实现CRISPR技术在食品安全检测领域应用。实现了赭曲霉毒素、重金属、新冠病毒等风险物质的高效检测，初步构筑基于CRISPR/Cas的食品安全检测技术体系。

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针对食品安全隐患中常见危害物，尽管已有基于大型高精密仪器的成熟检测方法，但仍存在操作专业、检测时间较长、干扰因素较多等问题。同时，随着经济全球化，食品安全领域也面临着越来越多的未知危害物鉴定的巨大挑战，食品有害分子的检测正在从单对象检测向多组分多对象高效检测方向发展，而基于特异性设计原理的免疫型检测手段已经难以实现多组分多对象的高效并行检测。针对这些技术瓶颈，本团队基于最常忽视的非特异性设计原理，结合人工智能算法优化，设计多种荧光阵列传感芯片（Fluorescent Sensor Array），突破食品危害物检测的广度和精度，实现单台快检设备对不同有害分子的多应用检测全覆盖。

以抗生素残留的快速检测为例，抗生素的滥用已导致了严重的环境问题，土壤中常见抗生素残留多达几十种，很难同时检测。本团队基于三个精心设计的五代支链树状传感元件设计了一种荧光阵列传感芯片，结合人工智能机器学习算法优化，实现数分钟内准确识别19种不同类型的抗生素，准确率达到97%。此外，该荧光阵列传感芯片能够平行检测牛奶样品中存在的结构极为相似的多种磺胺类残留物，准确率近100%，显示了强大的食品危害物真实样品检测能力，也显示了荧光阵列传感芯片在环境和食品质量控制方面的巨大潜力。

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随着分析化学面对的研究样品日益复杂，特别是食品科学、环境科学等研究的迅速发展，对分析的 灵敏度、准确度、精密度和自动化程度等要求越来越高。复杂样品中目标待测物在测定时往往会被杂质干扰；同时，待测物的浓度越来越低，给分析检测带来了困难，因此，样品前处理是分析测试中至关重要的步骤，它直接或间接的决定了分析检测速度以及结果的准确性，直接关系到分析方法的优劣，尤其是对于复杂样品，样品前处理工作是必不可少的。由于传统的样品前处理方法中使用了具有一定环境危害性的有机溶剂，操作过程繁琐，需要较长的时间，且不能对复杂基质中的目标分析物进行有效的萃取，因此，新型样品前处理方法是制约现代分析测试技术发展的关键之一。

近年来，新型萃取技术例如分散液液微萃取（Dispersive liquid liquid microextraction，DLLME）以及新型绿色溶剂（如低共熔溶剂（Deep eutectic solvents，DES）成为样品前处理方法研究中的热点，这也符合现代绿色分析化学发展的趋势。本课题组针对食品等复杂样品分析存在的样品前处理关键问题，开展了各种样品前处理方法（包括固相微萃取、分散液液微萃取、磁性固相萃取、微波萃取、超声萃取、微波超声协同萃取、可切换溶剂和低共熔溶剂等）研究，并结合气相色谱质谱联用和液相色谱质谱联用技术，用于食品等复杂样品中目标分析物的分析测试。建立基于微波辅助破乳的分散液液微萃取技术结合GC-MS对环境水样中的三唑类农药残留等进行分析的方法；超声微波结合固-液-固分散萃取测定有机肥中磺胺类抗生素及其代谢产物；开展低共熔溶剂的应用研究，建立了微波辅助低熔溶剂萃取-固相微萃取结合气相色谱-质谱联用仪分析烟草样品中的挥发性化合物，建立了基于低共熔溶剂结合微波辅助水蒸气蒸馏提取植物精油的方法，QuEChERS和可切换溶剂液液微萃取相结合气相色谱-质谱法测定果蔬中的三唑类农药和pH响应性可切换低共熔溶剂对果皮废弃物中8种三唑类农药的高效预浓缩和分析等。

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以动物的肌肉组织为研究对象，采用高分辨质谱法测定肉类特征肽及鉴别肉蛋白的相对含量，探讨其在肉类特征肽定量和掺假鉴别中的应用。样品中蛋白质经超声辅助法提取，胰蛋白酶酶解后过固相柱净化，色谱的洗脱条件影响肽段分离效果和蛋白鉴定数，猪、牛、鸡、鸭4种原料肉中共分别鉴定出归属于2715、889、659、1143种蛋白质的80554、33350、40969、32923条特异肽段。UniProt数据库BLAST算法比对分析共鉴别出猪、牛、鸡、鸭肉源特征肽段12、15、19、16条，主要来源于肌红蛋白、肌球蛋白、清蛋白、载脂蛋白和血红蛋白等。非标记定量蛋白组学结合二维正交偏最小二乘判别分析表明，不同价位的牛肉丸中鉴别到的主要蛋白的含量差异显著（P<0.05），可以很好的区分纯牛肉丸和掺假的牛肉丸。采用超高效液相色谱梯度洗脱分离、高分辨质谱的平行反应监测模式（parallel reaction monitoring，PRM）、靶标单一离子监测/数据依赖扫描模式（targeted single ion monitoring/data-dependent MS/MS scans，tSIM/ddMS²）或飞行时间质谱的准多反应监测模式（Time-Of-Flight mass spectrometry-pseudo-multiple response monitoring，TOF-MRM）采集，外标法定量测定。色谱梯度洗脱条件、碰撞能量、采集模式等对特征肽的测定影响较大，梯度洗脱流速显著影响色谱峰宽与峰型，不同采集模式下各特征肽标准溶液质量浓度的线性关系良好（相关系数≥0.99），检出限、准确度、精密度和重复性均可满足要求，在牛肉丸提取液中的基质效应介于81.3%～114.7%，3个添加浓度下的加标回收率在89%～117%范围内且相对标准偏差（RSD）≤10%（n=5）。三种采集模式均可利用二级碎片离子鉴别目标物以提高检测的准确性，12批次牛肉丸样品检测中共检出含有猪肉源或鸡肉源特征肽的比例为58.3%，其中有明确标识的为42.8%。

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