生物傳感器在農(nóng)藥殘留檢測中的應(yīng)用探討

白雪 劉旭 遼寧阜新氟產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)管理委員會

王建新 遼寧阜新氟產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)管理委員會

蔡河洋 阜新中科環(huán)保電力有限公司

在農(nóng)產(chǎn)品種植過程中，農(nóng)藥的應(yīng)用可以消滅害蟲，增加農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，但如果農(nóng)藥應(yīng)用量過大，就會導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品被污染，人們食用了被污染的農(nóng)產(chǎn)品，身體健康勢必會受到威脅。如今，農(nóng)產(chǎn)品安全問題已被社會各界給予了高度關(guān)注，采用先進(jìn)的設(shè)備與方法對農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測也成為了食品安全領(lǐng)域所面臨的重大課題。本文所介紹的生物傳感器，具有靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短、操作簡單、成本低廉等優(yōu)勢，目前在農(nóng)藥殘留檢測方面具有十分廣泛的應(yīng)用。

一、生物傳感器概述

（一）生物傳感器的定義。所謂生物傳感器，是一種將某種生物敏感基元與轉(zhuǎn)化器連接的一種裝置。在應(yīng)用過程中，利用轉(zhuǎn)化器捕捉目標(biāo)物與敏感紀(jì)元之間的反應(yīng)，并將呈現(xiàn)出的反應(yīng)信號利用電子儀器進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為可以供人們識別或掌握的信息。由于生物傳感器具有快速、簡單、成本低、可信度高等優(yōu)勢，因此當(dāng)前在眾多領(lǐng)域都有比較廣泛的應(yīng)用。

（二）生物傳感器的特點(diǎn)。（1）檢測樣品可以在不添加其他試劑，且不做預(yù)先處理的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)分離和檢測；（2）檢測中所用的催化劑可以重復(fù)使用，可以大幅度降低檢測成本；（3）具有較強(qiáng)的專一性，能夠?qū)ζ錂z測結(jié)果產(chǎn)生影響因素較少，且只對特定的底物起反應(yīng)；（4）樣品分析速度快，可以在最短時(shí)間內(nèi)獲取到所需結(jié)果，而且檢測結(jié)果準(zhǔn)確，誤差可以達(dá)到1%；（5）檢測流程操作簡便，而且成本較低；（6）有的生物傳感器能夠可靠的指示微生物培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)的供養(yǎng)狀況和副產(chǎn)物的產(chǎn)生。

（三）生物傳感器的分類。（1）按照生物傳感器的敏感元件可將其分為酶傳感器、細(xì)胞傳感器、免疫傳感器、微生物傳感器以及組織傳感器幾類；（2）按照生物傳感器的信號轉(zhuǎn)換器可分為光生物傳感器、半導(dǎo)體生物傳感器、壓電晶體生物傳感器和熱生物傳感器；（3）按照被測目標(biāo)與分子識別元件的相互作用方式進(jìn)行分類有生物親合型生物傳感器。每一類生物傳感器都有其各自的特點(diǎn)和使用范圍，可以單獨(dú)使用，也可以交叉應(yīng)用，均可以收獲比較好的效果。

二、生物傳感器在農(nóng)藥殘留檢測中的應(yīng)用

（一）酶生物傳感器在農(nóng)藥殘留檢測中的應(yīng)用。通過實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，農(nóng)產(chǎn)品生長中所使用的農(nóng)藥成分各不相同，因此，農(nóng)藥殘留物與酶作用的方式也有一定區(qū)別，有些農(nóng)藥殘留物可對酶起修飾作用；有些可催化成其他物質(zhì)；也有一些可抑制酶的活性。酶生物傳感器最早應(yīng)用于農(nóng)藥殘留檢測中，分別以酶和葡萄糖作為電極和底物被檢測的，用于檢測樣品中葡萄糖的含量。之后，隨著對于酶生物傳感器研究的不斷深入，從最初的乙酰膽堿酯酶類生物傳感器到有機(jī)磷水解酶生物傳感器，酶生物傳感器在農(nóng)藥殘留檢測中的應(yīng)用也越來越成熟，甚至有些學(xué)者根據(jù)酶生物傳感器的應(yīng)用原理研制了新型傳感器，Starodub等分別利用乙酰膽堿酯酶和丁酰膽堿酯酶制成了兩種傳感器用于多種農(nóng)藥的測定，收獲了令人滿意的效果。

（二）微生物傳感器在農(nóng)藥殘留檢測中的應(yīng)用。目前，應(yīng)用于農(nóng)藥殘留檢測中的微生物傳感器種類有很多，歸納起來，大致有兩種類型，第一種是利用微生物所含酶的種類不同；第二種則是利用微生物在消化底物時(shí)需要氧的參與。與上文介紹的酶生物傳感器相比，微生物傳感器在農(nóng)藥殘留檢測中的應(yīng)用具有成本低、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢。在具體應(yīng)用過程中，大量繁殖的微生物可以不斷吸取外界的營養(yǎng)物質(zhì)，并將其中需要一部分轉(zhuǎn)變成自身結(jié)構(gòu)物質(zhì)，不需要的則被排除體外。這時(shí)將微生物制成生物傳感器，可以大幅度增強(qiáng)其檢測的穩(wěn)定性，而且適用范圍也會有所擴(kuò)大。自從農(nóng)產(chǎn)品食品安全被給予高度關(guān)注以來，微生物傳感器的研究和發(fā)展速度也越來越快，Koblizek等從嗜熱藍(lán)細(xì)菌中獲得PSII顆粒，將其作用傳感器因子，研制出一種微生物傳感器，用作多種農(nóng)藥殘留檢測，不僅穩(wěn)定性較好，而且具有極高靈敏度，目前在農(nóng)藥殘留檢測中具有廣泛應(yīng)用。

（三）免疫傳感器在農(nóng)藥殘留檢測中的應(yīng)用。免疫傳感器在當(dāng)前農(nóng)藥殘留檢測中也有較為廣泛的應(yīng)用，在此類生物傳感器的應(yīng)用中，抗原和抗體是兩個(gè)關(guān)鍵因素。其中，抗體是蛋白質(zhì)，是由幾十至幾百個(gè)氨基酸連接而成的。當(dāng)抗體與外界抗原物質(zhì)相遇時(shí)，抗體中的特定部位就會與抗原產(chǎn)生結(jié)合，從而對污染物的濃度進(jìn)行測定。與酶生物傳感器相比，免疫傳感器在實(shí)際檢測過程中并不存在化學(xué)反應(yīng)，而是需要依靠其他體系的幫助才能夠完成信號轉(zhuǎn)換。就目前對免疫傳感器的研究來看，雖不像前二者研究的那么深入，但較之以往同樣存在突破性的進(jìn)展。Wan等所研制出的便攜式光纖免疫傳感器在甲基對硫磷檢測方面具有較高敏感度，Atanasor等根據(jù)免疫傳感器的應(yīng)用原理，研制出了一種新的測定方法，即在不需要任何媒介物質(zhì)的支撐下，實(shí)現(xiàn)對有機(jī)磷電位的測定。在這一過程中，主要是將氧化氫酶、膽堿酶以及膽堿氧化酶同時(shí)固定在電極表面，在一系列酶促反應(yīng)的作用下，對污染物中特有的有機(jī)物進(jìn)行有效測定。

結(jié)語：綜上所述，農(nóng)藥殘留檢測目前已經(jīng)成為保障食品安全的一個(gè)重要途徑，從生物傳感器在農(nóng)藥殘留檢測方面的應(yīng)用來看，既可以實(shí)現(xiàn)檢測快、檢測結(jié)果準(zhǔn)確，又可以實(shí)現(xiàn)簡單操作、降低檢測成本?？梢灶A(yù)見，在未來的時(shí)間里，生物傳感器在農(nóng)藥殘留檢測方面將具有十分廣闊的發(fā)展前景，也將為農(nóng)產(chǎn)品安全提供充足的保證。