10月23日，上海市科学技术奖再度揭晓。胸怀“国之大者”，坚持“四个面向”，一大批标志性成果竞相涌现，为正处于关键跃升期的上海国际科技创新中心建设增添底色和亮度。
2023年度上海市科学技术一等奖获奖项目优秀创新成果来啦！本栏目以“强国复兴有我”为主题，重点围绕项目要解决的问题、取得的重要创新、实际应用效果等方面，向社会公众作科普宣传。
随着现代食品工业的飞速发展，我们的生活变得越来越便捷。然而，在这便利的背后，主要来源于农兽药残留、重金属污染、非法添加等的食品中化学危害物问题也日益凸显，严重威胁着人们健康，成为公众关注的焦点。而精准识别并检测这些危害物可以有效阻挡含有危害物的食品流入市场。
识别材料是食品化学危害物检测的核心，其性能直接决定了检测方法的可测对象、准确度和灵敏度等。但由于材料与危害靶标分子结合机制不明，传统识别材料的获得一般依赖于大量实验试错，导致色谱材料长期依赖进口，速测材料更新缓慢，在实际应用中性能不稳定，容易受到食品复杂基质的影响。为了应对这些挑战，本项目组通过创新方法路线，提出了一套从分子模拟到识别材料精准设计的系统解决方案，获得不同应用场景下多种化学危害物和功能单体的分子结合机制，实现了危害物识别材料的精准设计和进口替代，大大降低了企业的生产成本，提高了国际竞争力，以此创制的产品远销印度、美国、加拿大、巴西、阿根廷等20多个国家，推动了色谱和快速检测技术的发展和应用。
针对分子结合机制不明和材料结构设计缺乏依据的难点，对于食品中常见的农兽药和重金属残留，项目组创新采用动静态分子模拟联动体系，结合多维度实验评价方法，成功揭示了它们与功能单体的时空结合机制，为食品安全检测材料设计提供了前所未有的精确度和效率。
项目研究团队根据农兽药和重金属的结构特点和识别材料的制备路径，筛选出潜在功能单体，逆向构建农兽药和重金属结合的复合物模型，运用量子化学、分子力学技术和全面评估结合动力学等特性的多维度实验，实现模拟与实验的紧密结合。这一创新方法大幅提升计算精度，构象精确度同比提升一个数量级，并将模拟周期缩短至原有的1/5。通过在硅球表面精准修饰不同类型的功能基团，研制的混合识别作用模式的色谱识别材料，将识别保留农/兽药种类范围拓宽了30%+；通过在速测识别材料的核心识别区域内优化功能基团的空间排列，将研制的速测材料特异性提升了2-10倍，为健康守护提供了检测材料保障。
在食品安全的守护战中，科研团队不断突破技术瓶颈。针对食品复杂基质干扰大以及多靶标难以同时保留的难点，通过材料与靶标互作建模，构建了前处理高效筛选矩阵和色谱柱保留预测模型。通过前处理高效筛选，研发上市60种固相萃取（SPE）小柱，有效降低色谱的基质效应，并拓宽适用食品范围，同时成功研发出一套全新的色谱前处理装备，集成固相萃取与自动化，高效提取20余大类农兽药残留物。通过色谱柱动态吸附预测，创制高性能国产色谱柱，显著提升了多靶标分离度，将单次检测靶标数增加了25%~40%。以此集成构建高分辨质谱靶向筛查系统和化学物电子身份证-指纹图谱，实现了1000余种农兽药分子识别，覆盖GB2763中91%农药及GB31650和农业部第250号公告中78%兽药种类。
自主研发上市的色谱柱和SPE小柱，打破国外色谱技术垄断，目前已全面实现国产替代，部分实现了取代，其柱效等关键技术指标和价格普遍优于国外头部品牌的同类产品。其中Ultimate、Xtimate、Welchrom系列等多种色谱柱销量居国内品牌首位，并远销印度等20多个国家。
化学危害检测的效率和准确度一直是食品安全领域的关注焦点。在速测中，生物识别材料通常需要温和的水相环境来保持其识别活性，而许多弱极性的农兽药依赖于有机相提取，且食品中重金属污染也多靠强酸消解提取，针对识别环境与提取环境不兼容，项目研究团队研发基于刺激-响应型材料的分散固相萃取技术、双频超声辅助酶解技术、QuEChERS耦合溶剂替代技术等一系列新型水相速测前处理技术，实现了速测提取与快速检测的完美对接；同时通过发明新型界面调控探针，开发了纸基速测平台，成功实现了识别-放大一体化和多种危害物的同步检测，使检测耗时缩短80%，灵敏度提高了2-6个数量级，解决了快检过程中快速与灵敏之间的不兼容检测。
在现代检测行业，纸基速测产品和智能装备的开发正引领着技术监管的新潮流。研究团队以此创制的速测产品及仪器上市百余种，已成为大型活动赛事食品安全保障主导产品，并获得多国认证，成功打入国际市场，带动产业升级，创收亿元效益，守护人民健康！
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