论文荐读
刺激响应型DNA水凝胶的设计合成及其在食品安全领域的研究进展
作者：张鸿鹏1,2，谢刚1,2*，李可敬2，罗菲2，窦金鑫2，朱道兴2,3，郭玉垚2，韩逸陶2*
单位：
1．上海理工大学 健康科学与工程学院
2．国家粮食和物资储备局科学研究院
3．武汉轻工大学 食品科学与工程学院
基金项目：
国家自然科学基金青年项目(32102066)；“十四五”国家重点研发计划(2023YFF1104603)
摘要及关键词
摘要：具有三维网络结构的脱氧核糖核酸（DNA）水凝胶，因其既具备DNA的生物学特性又兼具水凝胶的骨架功能而备受关注，又由于其具有良好的稳定性和特异性识别能力，可以对多种信号响应，并在凝胶和溶胶之间转换，在生物传感方面得到了广泛的应用。本文围绕DNA水凝胶的合成、刺激信号类型以及在食品安全领域的应用进行综述。根据合成方法的不同分为物理和化学合成方法，按照刺激信号的类型又可以分为温度响应型、pH响应型、光子响应型、生物分子响应型和多重响应型刺激信号的DNA水凝胶，总结了DNA水凝胶在食品安全领域应用于真菌毒素、重金属离子、食源性致病菌、抗生素残留、非法添加剂检测的研究进展，并对其发展前景进行了阐述。
关键词：DNA水凝胶；刺激响应；生物传感；特异性识别；食品安全
主要结论
DNA因其生物相容性好、可编程性强、精确的分子识别能力和微弱的毒性而成为水凝胶骨架很好的选择。根据骨架制备的交联构筑方式不同，DNA水凝胶可以分为DNA分子的化学连接和DNA链之间的物理缠绕两种形式。其中，化学连接法指聚合物通过共价键结合在一起，这赋予了水凝胶强大的机械强度和环境稳定性；物理方法指水凝胶由非共价（如氢键和静电相互作用）相互作用形成。为让DNA水凝胶对刺激信号作出响应，使其能够根据一个或多个信号改变其结构来达到实验设计的目的，“刺激响应型DNA水凝胶”应运而生，其可以识别pH、温度、光等信号的变化，并通过核酸“开关结构”控制水凝胶的组装或裂解。DNA水凝胶具有的这种独特的凝胶和溶胶转变能力，使其在传感领域受到了广泛的关注，并进一步应用到食品安全领域。
图1 DNA水凝胶合成方式示意图
Fig.1 Schematic diagram of DNA hydrogel synthesis
团队简介
通
信
作
者
谢刚，男，工学博士，研究员，国家粮食和物资储备局科学研究院副主任，北京东方孚德技术发展有限公司副总经理。全国标准样品技术委员会食用农产品感官委员，全国粮油标准化技术委员会粮油机械分技术委员会副主任委员，中国认证认可协会检测分会副会长，Food and Agricultural Immunology期刊编委，北京市犯罪学研究会常务理事，中国材料与试验团体标准委员会委员，国家市场监管技术创新中心（食用农产品安全快速检测与追溯）技术委员会委员。长期致力于粮油及其制品中微生物、真菌毒素、农药残留等有害物质快速分析的基础理论和应用技术研究，在标准物质研制、检测仪器开发、真菌毒素和霉菌检测技术、粮食污染物监测调查、质量追溯与过程控制技术、行业技术服务等方面取得了重要进展。主要研究方向为粮油食品质量安全检验检测与控制。针对粮油食品质量安全检测和控制存在的主要问题和行业急需，开展粮油食品质量安全检测和控制的基础理论和共性技术研究，以及应用技术研究，包括检测技术所需的新材料、新技术，粮油质量安全保持与控制体系，高通量多目标物筛查技术，快速检测技术等。主持科技部十三五重点研发计划“耦合效应智能化评价体系与数据库建立（2019YFC1606601）”和“粮食真菌毒素污染综合防控系统关键技术研究（2016YFE0113000-1）”等多项科技部课题，以及北京市科委项目“霉菌毒素高通量筛查和自动化前处理技术研究及产品开发（Z171100001317012）”，主持《食品中黄曲霉毒素B族和G族的测定》《食品中展青霉毒素的测定》等多项国家食品安全标准制修订。参与了国家、省部级科研课题和标准制修订等20余项；主持研制了9个国家标准物质，5个粮食行业标准，3台检测仪器，1套“粮食质量安全扦样与数据分析系统”；参与完成了多个国家、行业标准的制定工作。获得国家专利7项，省部级科学技术奖一等奖2项，二等奖2项，三等奖1项。在核心期刊及英文期刊上发表论文40多篇。参与撰写了“Food Safety Chemistry: Toxicant Occurrence, Analysis and Mitigation“（美国CRC出版社）等专著5本。
韩逸陶，副研究员，理学博士，现任国家粮食和物资储备局科学研究院粮油质量检验测试中心技术负责人，中国认证认可协会检验检测智库首批入库专家，北京理化分析测试技术学会核酸适配体交叉技术分会理事，中国仪器仪表学会近红外光谱分会理事。针对粮油及其制品污染危害物及品质营养成分，开展分析传感检测新技术研发及新产品验证评价，为粮食收储现场快速质量监管提供高效快检产品和个性化检测评测方案。近年，共主持参与课题项目30余项，包括主持国家重点研发计划项目任务2项、国家自然科学青年基金1项，连续3年主持粮油产品企业标准“领跑者”评估项目，承担多项国家级和省部级粮食和物资储备检测任务，主持完成百余万的技术服务项目。第一发明人授权发明专利2项；发表专业论文20余篇，出版专著3部；主持国标1项、行标3项，参与制修订国标6项、行标5项；获中国产学研合作创新与促进一等奖、北京市农业技术推广一等奖、中国粮油学会科学技术二等奖和三等奖。
第
一
作
者
张鸿鹏，男，上海理工大学健康科学与工程学院2021级硕士研究生，与国家粮食和物资储备局科学研究院联合培养，主要研究方向为真菌毒素检测。
引用格式
张鸿鹏, 谢刚, 李可敬, 等. 刺激响应型DNA水凝胶的设计合成及其在食品安全领域的研究进展[J]. 食品与发酵工业, 2024, 50(11): 360-366.
点击下方“阅读原文”可查看文章详情。
图文供稿| 作 者
编辑排版| 郑 越
内容审核| 陈雅薇
