Ультрачувствительное экспресс‑обнаружение афлатоксина M1 в молоке с помощью аптасенсора на основе нанокомпозита хитозан‑МНУТ‑графен с возможностью ниже регуляторного предела

Почему скрытые токсины в молоке имеют значение

Молоко — повседневный продукт для многих семей, но в нём иногда может скрываться нежелательный спутник: канцерогенный токсин афлатоксин M1. Это вещество попадает в молоко, когда сельскохозяйственные животные поедают заплесневевший корм, и может сохраняться после пастеризации и обычной термической обработки. Регуляторы строго ограничивают содержание афлатоксина M1, однако существующие лабораторные тесты часто медленные, дорогие и удалены от ферм. В этом исследовании представлен компактный, высокочувствительный сенсор, способный обнаруживать токсин непосредственно в молоке, что потенциально делает повседневную молочную продукцию безопаснее и облегчает мониторинг по всему миру.

Токсическая угроза от фермы до холодильника

Афлатоксины — это ядовитые соединения, которые производят определённые плесневые грибы на зерновых и кормах. Один из самых опасных, афлатоксин B1, в печени коровы превращается в афлатоксин M1 и затем поступает в молоко. Даже в очень низких концентрациях афлатоксин M1 связывают с развитием рака, генетическим повреждением и ослаблением иммунной системы. Из‑за этих рисков в Европе и США установлены очень жёсткие предельные значения содержания этого токсина в молоке. Традиционные методы, такие как высокоэффективная жидкостная хроматография и масс‑спектрометрия, способны его обнаруживать, но требуют сложного оборудования, подготовленного персонала и значительного времени — факторы, затрудняющие рутинное тестирование на фермах.

Создание небольшого сторожа для молока

Исследователи разработали электрохимический «аптасенсор», чтобы решить эту задачу. Вместо антител они использовали аптамеры — короткие цепочки ДНК, действующие как молекулярный велкро, распознавая только целевой токсин. Эти аптамеры прикрепили к маленькому золотому электроду, покрытому специальным нанокомпозитом из углеродных нанотрубок, графена и природного полимера хитозана (получаемого из раковин моллюсков). Углеродные материалы обеспечивают большую проводящую поверхность для передачи электрических сигналов, а хитозан формирует мягкую биосовместимую плёнку, которая помогает удерживать ДНК на месте. В совокупности они создают прочную платформу, способную разместить множество аптамерных цепочек, увеличивая шансы поймать молекулы афлатоксина в капле молока.

Как сенсор считывает токсин

Сенсор работает, отслеживая, насколько легко электроны перемещаются между электродом и безвредным пробным химикатом в растворе. Когда токсин отсутствует, ДНК‑цепочки на поверхности свободны и вытянуты, поверхность остаётся относительно открытой и электроны проходят свободно — это даёт сильный токовый сигнал. Когда афлатоксин M1 в образце молока связывается с аптамерами, ДНК складывается и меняет форму, частично закрывая поверхность и блокируя движение электронов. Приборы затем измеряют падение тока, и величина этого падения указывает, сколько токсина в образце. Путём точной настройки соотношения нанотрубок и графена, толщины плёнок, количества ДНК и времени связывания команда максимизировала изменение сигнала при сохранении практичного времени теста.

От лабораторного стола к реальному молоку

При оптимизированных условиях сенсор надёжно измерял афлатоксин M1 в очень широком диапазоне концентраций — от уровней значительно ниже регуляторных пределов до значений гораздо выше них — при этом обнаруживая количества до нескольких частей на триллион. Сенсор продемонстрировал высокую селективность: близкородственные токсины и другие природные примеси в молоке почти не влияли на сигнал. Несколько сенсоров, приготовленных по одной методике, давали практически идентичные результаты, а устройства сохраняли более 90% работоспособности после двух недель хранения в холоде. При испытаниях с коммерческими образцами молока, в которые вносили известные количества афлатоксина M1, сенсор почти полностью восстанавливал добавленное количество, сопоставляясь или превосходя точность и прецизионность более сложных эталонных методов.

Что это значит для повседневной безопасности молока

Для неспециалиста главный вывод таков: в исследовании представлен небольшой и недорогой сенсор, способный обнаруживать опасный молочный токсин на уровнях ниже регуляторных пределов, используя лишь крошечный объём молока и относительно простое оборудование. Комбинируя «молекулярные замки» на основе ДНК с передовыми углеродными материалами и природной полимерной плёнкой, устройство превращает тонкие молекулярные события в чёткие электрические сигналы. При дальнейшей инженерной доработке — например, интеграции в портативные или ручные системы — эта технология могла бы помочь фермерам, молочным предприятиям и инспекторам быстро и на месте проверять безопасность молока, уменьшая зависимость от удалённых лабораторий и добавляя дополнительный уровень защиты для потребителей.

Цитирование: Zadeh, R.V., Sani, A.M., Hakimzadeh, V. et al. Ultrasensitive on-site detection of aflatoxin M₁ in milk using a chitosan-MWCNT-graphene nanocomposite aptasensor with sub-regulatory limit capability. Sci Rep 16, 7362 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38492-w

Ключевые слова: безопасность молока, афлатоксин M1, электрохимический сенсор, аптамер, нанокомпозит