在这一期中，小编继续为大家带来干货，介绍磁共振技术在检测食品中非法添加物三聚氰胺的应用，希望能够让中小学生就能接触到前沿的研究，这也是我们开发科技创新课程的动力所在。

三聚氰胺（Melamine）是一种含氮杂环有机化合物，俗称蜜胺，具有广泛用途的有机化工中间品。但有些企业为提高产品的蛋白质含量，将其作为伪蛋白质非法添加到食品中。三聚氰胺有低毒性，摄入过量可能会导致肾结石。轰动一时的三鹿奶粉事件，让三聚氰胺恶名昭彰，因此三聚氰胺不允许人为添加到牛奶及其制品中，并且对牛奶及其制品中三聚氰胺的含量设立了严格的标准。

到目前为止，尽管检测三聚氰胺的方法有很多种，例如：色谱法，表面增强拉曼散射 (SERS) ，可再生分子印迹电化学传感器，免疫层析法。但是，一种简单可靠不需要利用大型设备来检测三聚氰胺的方法仍然是一个巨大的挑战，这也给中小学生提供了一个研究性学习的机会。

在上一期的推文中，小编向大家介绍了一类物质，如β-胸腺嘧啶核苷（T）、ETC、DHCA，能特异性的和重金属离子形成稳定配位化合物。

国内有学者又发现了一类新的物质，能特异性和三聚氰胺通过三重氢键形成稳定的物质，这一类的物质有TTAA、MTT，其结构如下图所示：

这一类物质的发现为磁共振技术在食品非法添加物的检测中提供新的思路和方法，下面小编以TTAA修饰纳米磁珠，结合NMR检测三聚氰胺为例，介绍磁共振技术在食品非法添加物检测中的应用，如果能在学校搭建我们的磁共振创新实验室，那么这些在学校可以给学生提供一个很好的参与科研的机会。

原理：TTAA 与 三 聚 氰 胺 通 过 三 重 氢 键 相 互 作 用 诱 导 处 于 分 散 态 的TTAA-Fe/Fe3O4 磁性纳米粒子水溶液发生聚集，形成簇状。这种簇状物具有大的尺寸和高的有效饱和磁化率， 从而限制了 TTAA-Fe/Fe3O4 磁性纳米粒子周围水分子的自由扩散，导致横向弛豫时间（T2）增加，通过监测横向弛豫时间（T2）的变化实现对三聚氰胺的检测。

溶液T2的变化量：ΔT2= T2'- T2

T2' —— 加入不同浓度的三聚氰胺于TTAA-Fe/Fe3O4纳米粒子水溶液中([Fe]= 32 μM)的横向弛豫时间；
T2 —— 未加入三聚氰胺的TTAA-Fe/Fe3O4纳米粒子水溶液([Fe] = 32 μM)的横向弛豫时间；

从TEM图中可以看到， Fe/Fe3O4纳米粒子成核壳结构，里面的核为Fe，外面包被的一层为Fe3O4；  Fe/Fe3O4纳米粒子粒径大小均一，平均粒径约为10.8±0.5 nm。

从TEM图中可以看到，将TTAA修饰到纳米粒子表面后，TTAA-Fe/Fe3O4纳米粒子依然具有明显的核壳结构，表现出良好的稳定性， 为下一步三聚氰胺的检测提供了保证。通过粒径分布统计，得到TTAA-Fe/Fe3O4纳米粒子的平均粒径约为11.2 ±0.5 nm

由于特异性受体单元TTAA的水溶性较弱，为增强TTAA-Fe/Fe3O4的水溶性，防止磁性纳米粒子产生强烈团聚，利用配体交换的方法修饰甲氧基单羧酸聚乙二醇（mPEG-COOH）于Fe/Fe3O4磁性纳米粒子表面。利用纳米粒度分析仪测试水合动力学半径TTAA-Fe/Fe3O4磁性纳米粒子的水合动力学半径约为169 nm，表明mPEG-COOH修饰成功。

通过对比Fe/Fe3O4磁性纳米粒子和TTAA-Fe/Fe3O4 磁性纳米粒子的红外光普图，修饰
mPEG-COOH和TTAA后， -C-O-C-伸缩振动的特征峰出现在1114 cm-1处，说明mPEG-COOH成功修饰到Fe/Fe3O4 磁性纳米粒子表面； C=O， C-N和N-H伸缩振动的特征峰出现在1630, 1162和3180、 3350 cm-1处，说明有酰胺键存在，并进一步说明TTAA和mPEG-COOH成功修饰到Fe/ 

纳米粒子用量优化：随着加入的三聚氰胺浓度从 0→30 μM，我们可以发现三个浓度梯度的△T2 值都逐渐增大。基于国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)规定的对检测限的算法，我们得出三个梯度的 TTAA-Fe/Fe3O4 磁性纳米粒子的水溶液对三聚氰胺的检出限分别为 5.27, 5.73 和 15.27 μM。 但纳米粒子浓度为0.032mM引起的△T2更大，因此我们确定用含有 0.032 mM Fe 的TTAA-Fe/Fe3O4 磁性纳米粒子的水溶液作为最后的实验。虽然对于中小学生而言，这些未必能全部理解，但是对于他们创新思维是一种很好的训练。

定量分析：当三聚氰胺的浓度从0-30μM时，水质子的横向弛豫时间（△T2）逐渐增加，当加入的三聚氰胺的浓度低于 16 μM， ΔT2/T2 与不同浓度的三聚氰胺之间线性相关度高，线性相关系数 R2 = 0.9996。实验条件下，三聚氰胺的检出限可以达到~ 2 μM，此检测限远低于 FDA 规定的食品中安全剂量(2.5 ppm)和婴幼儿奶粉中安全剂量(1 ppm)。

当加入30 μM的三聚氰胺后， TTAA-Fe/Fe3O4磁性纳米粒子水溶液的水合动力学半径从~170 nm 增大到~377 nm。从TEM图像中可以直观的看到TTAA-Fe/Fe3O4磁性纳米粒子水溶液在三聚氰胺的存在下发生明显的不规则的聚集。这两种变化主要是由于三聚氰胺和TTAA之间的三重氢键诱导聚集引起的。

为了评价磁共振技术检测三聚氰胺的特异性，我们选择了胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶三种与三聚氰胺具有相似结构和分子量的物质作为干扰物质，分别加入 30 μM 的四种物质于 TTAA-Fe/Fe3O4 磁性纳米粒子水溶液中，用核磁共振成像仪监测各自横向弛豫时间的变化情况。如图所示，我们发现只有加入三聚氰胺的一组横向弛豫时间发生了明显的增加，表明该方法的特异性好。