MỞ ĐẦU Khi xã hội ngày càng phát triển thì vấn đề sức khoẻ của con người càng được chú trọng, trong đó vấn đề an toàn thực phẩm và vệ sinh môi trường được đặt lên hàng đầu vì nó có ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ của con người. Sự tồn dư của các chất độc hại có trong thực phẩm đang là vấn đề đáng lo ngại đối với người tiêu dùng. Hiện nay, vì lợi nhuận người chăn nuôi đã thêm các chất tăng trọng như clenbuterol (CLB), salbutamol (sal)… vào trong thức ăn để kích thích tăng trưởng, rút ngắn thời gian xuất chuồng. Các chất tăng trọng tồn dư trong thực phẩm khó bị phân hủy và bay hơi trong quá trình chế biến, nếu ăn phải có thể gây ngộ độc cấp với các triệu chứng: run cơ, đau tim, tim đập nhanh, tăng huyết áp, choáng váng, thậm chí tử vong.
Vì vậy việc nghiên cứu xác định hàm lượng chất tăng trọng trong thực phẩm là vấn đề cần thiết đối với sức khoẻ cộng đồng. CLB là một chất thuộc họ β-agonist, ban đầu CLB được biết đến là thành phần quan trọng của thuốc điều trị một số bệnh có liên quan tới đường hô hấp như suyễn, hen suyễn, có tác dụng thông mũi và dãn phế quản do CLB có tác dụng làm dãn cơ trơn của cuống phổi. Tuy nhiên từ những năm 1980 đã có những nghiên cứu chỉ ra rằng trong chăn nuôi với việc sử dụng CLB ở liều lượng cao gấp nhiều lần điều trị bệnh thì có các tác dụng phụ như giảm khả năng tích lũy chất béo tăng tính lũy nạc, ức chế sự phát triển của xương và đặc biệt là có tốc độc tăng trưởng nhanh do đó thời gian chăn nuôi được rút ngắn lại, mang lại lợi nhuận cao cho người chăn nuôi. Bằng cách nào đấy CLB xâm nhập vào cơ thể con người ở liều lượng cao hơn mức quy định trong điều trị bệnh sẽ gây ra một số tác dụng phụ ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe con người, có biểu hiện như nôn, chóng mặt, suy thận cấp, ảnh hưởng tới hệ thần kinh ở một liều lượng quá cao có thể gây tử vong.
CLB có thời gian bán hủy lâu do vậy tồn dư CLB trong vật nuôi khi xâm nhập vào cơ thể con người được cho là vô cùng nguy hiểm. Trên thế giới đã có nhiều vụ ngộ độc do sử dụng thực phẩm có chứa CLB, năm 2006 đã có trường hợp tử vong đầu tiên do ngộ độc thực phẩm có chứa CLB. Chính do những hậu quả to lớn của việc sử dụng chất tạo nạc một cách bất hợp pháp trong chăn nuôi, trên thế giới từ năm 1990 đã có những văn bản quy phạm rõ ràng, ban hành danh mục chất tạo nạc nghiêm cấm được sử dụng trong chăn nuôi, đã có những hình thức cũng như các biện pháp xử lý mạnh mẽ được áp dụng 2 trong đó có sử dụng tới hình thức khởi tố, phạt tù, phạt tiền. Mặc dù đã nghiêm cấm sử dụng cùng với việc áp dụng các hình thức sử phạt nặng song do những lợi ích kinh tế to lớn từ việc sử dụng một cách bất hợp pháp chất cấm CLB mang lại, điều này khiến cho một bộ phận không nhỏ người chăn nuôi vẫn đang lén lút sử dụng chất này trong chăn nuôi.
Chính vì vậy đòi hỏi phải có phương pháp phù hợp phục vụ cho việc phát hiện tồn dư CLB trong thực phẩm cũng như trong hoạt động chăn nuôi là vô cùng cần thiết. Đã có nhiều phương pháp phân tích CLB được áp dụng, các phương pháp này chủ yếu dựa trên các sensor hiện có như MS, ECL, ELISA. Gần đây một công nghệ mới sử dụng chấm lượng tử đang được ứng dụng rộng rãi. CLB được được phát hiện tại phòng phân tích thức ăn và sản phẩm chăn nuôi thuộc Viện chăn nuôi bằng quy trình phân tích của nhà sản xuất bộ kít chuẩn CLB.
Trung tâm dịch vụ phân tích và thí nghiệm thành phố Hồ Chí Minh đã nghiên cứu phương pháp phân tích CLB bằng phương pháp phân tích sắc ký khí ghép khối phổ GC/MS. Cục cảnh sát phòng chống tội phạm về môi trường hiện đang sử dụng phương pháp HPLC/MS để phát hiện CLB trong công tác phòng, chống tội phạm về vi phạm an toàn vệ sinh thực phẩm. Trên thế giới CLB được phát hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau như ELISA, HPLC/MS, GC/MS, ECL. Hầu hết các phương pháp này đòi hỏi quá trình xử lý mẫu phức tạp và thời gian phân tích kéo dài.
Chính vì vậy việc tìm ra một phương pháp mới tiết kiệm thời gian phân tích, có quy trình thực hiện đơn giản, phù hợp với khả năng đầu tư trang thiết bị, với điều kiện quản lý là vô cùng cần thiết. Chấm lượng tử (Qds) với nhiều tính chất vượt trội, hiện đang được nghiên cứu ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong lĩnh vực quang học. Với các tính chất quang học đặc biệt như hiệu suất truyền quang cao, cường độ phát quang mạnh, hệ số dập tắt huỳnh quang cao, thời gian phát quang dài và có khả năng có hiệu ứng cộng hưởng huỳnh quang trong nhiều trường hợp. Chính do những đặc điểm đó từ những năm đầu của thế kỷ XX đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng Qds để chế tạo sensor quang học nhằm phát hiện, nhận biết và định lượng một số tác nhân, đặc biệt là các tác nhân hóa học và sinh học.
Dựa trên nhu cầu thực tế của cơ quan quản lý, thực trạng sử dụng chất cấm CLB trong chăn nuôi và khả năng ứng dụng của Qds trong việc chế tạo sensor huỳnh quang, tôi đã lựa chọn đề tài luận án “Nghiên cứu chế tạo sensor huỳnh quang xác định dư lượng clenbuterol trong chăn nuôi”. 3 Nghiên cứu này giúp chỉ ra một cách thức mới, một phương pháp mới phục vụ công tác quản lý, phát hiện và kiểm soát các hoạt động vi phạm về việc sử dụng chất cấm CLB trong chăn nuôi. Mục tiêu nghiên cứu: Thiết lập qui trình chế tạo sensor huỳnh quang từ chấm lượng tử CdTe, CdS và graphen sử dụng hiệu ứng truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang (FRET) có khả năng nhận biết CLB. Nội dung nghiên cứu: - Chế tạo sensor huỳnh quang sử dụng Qds bán dẫn.
- Nghiên cứu khả năng xác định CLB của sensor huỳnh quang được chế tạo từ Qds CdS, CdTe và graphen sử dụng hiệu ứng FRET - Nghiên cứu khả năng xác định CLB của sensor huỳnh quang chế tạo từ Qds sử dụng hiệu ứng FRET trong mẫu thực. - Đánh giá khả năng xác định CLB của phương pháp sensor huỳnh quang chế tạo từ Qds sử dụng hiệu ứng FRET với phương pháp ELISA và HPLC/MS 4 CHƢƠNG 1. Chất tăng trọng CLB 1. Chất tăng trọng trong chăn nuôi Chất tăng trọng hay chất tạo nạc là một hợp chất hóa học thuộc họ β- agonist được xếp vào loại chất độc cấm sử dụng trong chăn nuôi trên toàn thế giới.
Họ β- agonist gồm 2 nhóm: - Nhóm β1- agonist: gồm các chất có tác dụng kích thích tim, được dùng để điều trị sốc tim, suy tim cấp tính như dobutamine, isoproterenol, xamoterol, epinephrine…. - Nhóm β2- agonist: Gồm các chất làm giãn cơ, được dùng để điều trị hen suyễn, bệnh phổi mãn tính: sal (salbuterol), CLB, ractopamin, epinephrin (thúc chín tố), fenoterol, formoterol, fsoproterenol (β1 và β2), metaproterenol, salmeterol, terbutalin, isoetarin, pirbuterol, procaterol, ritodrin, epinephrin. 1 R OH 2 R NH 5 R 3 R H 4 R Hình 1. Cấu trúc chung của họ β2-agonist [1,2] Tương ứng với các R1, R2, R3, R4, R5 là các chất β2- agonist khác nhau (Bảng 1.
Trong những chất nêu ở Bảng 1.1 phía dưới thì sal, CLB và ractopamin là ba chất đứng đầu trong danh mục 18 chất kháng sinh, hóa chất bị cấm sử dụng trong chăn nuôi. Họ β- agonist là các hợp chất tổng hợp phenethanolamin được sử dụng như là một tác nhân dùng để trị các bệnh về hô hấp trong y học [1]. Chúng còn có tác dụng làm tăng hàm lượng protein, kích thích tăng trưởng nhờ quá trình chuyển hóa hàm lượng mỡ tích tụ thành các mô cơ ở vật nuôi [1,3]. Tuy nhiên, chúng lại gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người khi tiêu thụ những thức ăn có nguồn gốc từ động vật bị nhiễm các chất này, gây ra những vụ ngộ độc thực phẩm do sự tích tụ 5 trong gan, các bệnh liên quan đến tim mạch, hệ thần kinh trung ương… Sở dĩ như vậy là do các hợp chất này được sử dụng như là một chất kích thích tăng trưởng, phân phối lại dưỡng chất trong vật nuôi một cách quá mức và bất hợp pháp.
CLB được hấp thụ dễ dàng qua đường tiêu hóa. Vì vậy, những chất này còn tồn dư trong thịt bao nhiêu thì người sử dụng sẽ hấp thụ bấy nhiêu. Và khi sử dụng trái phép trong chăn nuôi, thì người ta thường dùng với liều lượng cao hơn gấp 5-10 lần so với quy định, gây nguy hiểm cho sức khỏe. Họ β2- agonist [1] Loại TT R1 R2 R3 R4 R5 β2-agonist 1 Clenbuterol (CLB) H Cl NH2 Cl C(CH3)3 2 Salbutamol (sal) H CH2OH OH H C(CH3)3 3 Mabuterol H Cl NH2 CF3 C(CH3)3 4 Mapenterol H Cl NH2 CF3 C(CH3)2CH2CH3 5 Clenproperol H Cl NH2 Cl CH(CH3)2 6 Terbutalin H OH H OH C(CH3)3 7 Clenpenterol H Cl NH2 Cl C(CH3)2CH2CH3 8 Bromobuterol H Br NH2 Br C(CH3)3 9 NA 1141 H Cl NH2 Cl C(CH3)2CH2OH 10 Tulobuterol Cl H H H C(CH3)3 11 Cimaterol H CN NH2 H CH(CH3)2 12 Cimbuterol H CN NH2 H C(CH3)3 13 Orciprennalin H OH H OH CH(CH3)2 CH(CH3)-CH2- 14 Ractopamin H H OH H PhOH CH(CH3)-(CH2)2- 15 Fenoterol H OH H OH PhOH Khi người ăn thịt gia súc có chứa nhóm β-agonist về lâu dài có thể ảnh hưởng xấu tới sức khỏe như tim đập nhanh, tăng huyết áp, nhức đầu, chân tay run, buồn nôn, rối loạn tiêu hóa.
Nhóm β-agonist còn gây giãn nở cơ trơn tử cung nên nguy cơ cao đối với phụ nữ mang thai. Năm 2006, Đại học Cornell và đại học 6 Stanford nghiên cứu trên những người thường xuyên hít β-agonist có nguy cơ tử vong do bệnh hô hấp tăng gấp đôi so với nhóm dùng giả dược khi sử dụng để điều trị bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính [1,4]. Công thức hóa học và tính chất của CLB Công thức cấu tạo của clenbuterol (hình 1. Công thức cấu tạo của CLB Công thức phân tử: C12H18Cl2N2O Khối lượng phân tử: 277,19 g/mol Tên hóa học do tổ chức IUPAC: 1-(4-amino-3,5-dichlorophenyl)-2- (tertbutylamino)ethanol Loại dẫn xuất: hydrochlorid, công thức phân tử: C12H18Cl2N2O.HCl, khối lượng phân tử: 313,66 g/mol.
Tính chất vật lý: dạng bột vi tinh thể không màu, tan nhiều trong methanol, ethanol, nước, ít tan trong chloroform, không tan trong benzen, nóng chảy ở 174 -175,5oC. LD50 đối với chuột nhắt: 170 mg/kg, chuột cống: 350 mg/kg, chuột bạch: 67,1 mg/kg (qua đường miệng).