电化学免疫传感器在食品安全检测中的应用研究

Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ・电子产品　电化学免疫传感器在食品安全检测中的应用研究　文／曾成柱　刘卫红。　失约占总产量的７％。因此，农药在提高农产　近年来，生物食品安全问题　越来越受关注，农药残留成为危　害食品安全的重要问题之一，这　对快速检测农药残留提出高要求，　研究方便、快捷的检测农药残留　方法已成为当务之急。生物传感　器技术具有快速、敏感、具体、　品产量等方面发挥非常重要的作用。但由于用　药不合理，导致农药超标残留在许多农产品中，　１．１农药残留的传统检测方法　农药残留分析既要有精细的微量操作手　段，又需要高灵敏度的痕量检测技术。经典的　严重威胁到人类粮食安全。农药残留是农药使　用一段时间后不分解，残留在生物、收获物、　土壤、水体、大气中的微量农药原体、有毒代　谢物，病原体、降解产物和杂质的总称。这不　仅对环境造成了很大的污染，同时，通过食物　分析方法，如液相色谱、气相色谱法（ＧＣ）和　超ｌ临界流体色谱分析方法。目前，最广泛使用　的杀虫剂在实验室的测试方法有高效液相色谱　法（ＨＰＬＣ）、气相色谱一质谱（ｇｃ）和特定的检　测如电子捕获检测、氮磷检测，质谱分析和应　用在农药残留、农药代谢物和降解产物的检测　简单的优势，作为一种新的检测　分析仪器，在食品检验的领域具　有广阔的应用前景。本文主要介　绍电化学免疫传感器的特点、优　势以及国内和国际的免疫传感器　研究现状、存在的问题，了解食　品检测中电化学免疫传感器的应　用，以期取得好的应用效果。　链的生物富集进入人体，对人体产生各种危害。　１食品安全检测用电化学免疫传感器的　研究　食品安全问题是一个公共卫生问题，也　是一个社会问题，一方面受到相关监管水平、　食品生产经营的质量、整个社会消费观念的影　方面作为主要分析手段。这些分析方法具有较　高的准确性，但操作复杂，费时，成本高，要　求预浓缩和处理样品，很难得到广泛的应用。　人们迫切需要的快速检测方法是快速、可靠、　经济、适合现场应用。因此，生物传感器具有　快速、廉价、敏感而应运而生。与传统方法相　比，生物传感器具有以下特点：①测量样品没　有复杂的预处理，没有其他的试剂，可以在同　一【关键词】农药残留生物传感器检测　响。另外因为科学检测技术的“瓶颈”，也是　一个重要的影响因素，并长期影响着中国的食　品安全。为了改善现状，维护中国的食品安全，　特定的底物，不受颜色、浊度影响。③快速分　业生产中预防和消灭有害生物有不可替代的作　的卫生监督检测技术，成为摆在食品安全工作　析，可以在一分钟内得到结果。④高精度，相　领域的重要研究内容。　用。使用农药，我国每年仅粮食一项就挽回损　对误差一般可达到１％。⑤操作相对简单，可　农药是一种重要的农业生产资料，在农　减少食源性疾病的发病率，运用更有效、快捷　时间完成样品的分离和检测。②专一，只对　＜＜上接１０１页　ｌｐｔａｂｌｅｓ—Ｉ　ｆｏｒｗｏｒｄ　１＿ｐ—ｄｐｏｒｔ　２５一ｍ　ｓｔａｔｅ　——ｓｏｕｒｃｅ　ＭＡＣ地址Ｊ　ＤＲＯＰ　ｓｔａｔｅ　Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｄ－Ｉｎ　ｓｔｒｉｎｇ—ｓｔｒｉｎｇ“网址“一　报文经过路由后，数据包中原有的ＭＡＣ　参考文献　［１］［关］Ｍｉｃｈａｅ１　Ｒａ　ｓｈ著，陈健译．Ｌｉｎｕｘ防　火墙［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２００９．　［２］吴晓烁，陈蜀宇，刘巍．嵌入式Ｌｉｎｕｘ环　境下高效率ＧＵＩ的设计与实现【Ｊ］．重庆　ａｌｇｏ　ｂｍ－ｍ　ｓｔｒｉｎｇ—ｈｅｘ—ｓｔｒｉｎｇ“匹配字段”Ｉ　ｉｌｏｇ—ｌｏｇ—ｐｒｅｆｉｘ“ｃｉｔｉｂａｎｋ　ｐｈｉｓｈ”　４．５防止ＳＯＬ注入攻击　信息会被替换，所以在路由后的ｉｐｔａｂｌｅｓ中使　用ｍａｃ匹配没有意义。　４．７地址伪装，动态ｉｐ的ＮＡＴ　ｉｐｔａｂｌｅｓ・－ｔ　ｎａｔ・－Ａ　ＰＯＳＴＲＯＵＴＩＮＧ－－Ｓ　ＳＱＬ注入攻击利用的是在将用户输入写　进数据库查询语句之前未经合法性验证或过滤　的漏洞。攻击者利用ＳＱＬ语言嵌套的能力构　工学院学报（自然科学版），２００９．　［３］赵洁，丁香乾．嵌入式Ｌｉｎｕｘ网络驱动　１　９２．１　６８．０．０／２４－ｊ　ＭＡＳＱＵＥＲＡＤＥ　ｍａｓｑｕｅｒａｄｅ和ｓｎａｔ的主要区别在于，ｓｎａｔ　是把源地址转换为固定的ｌＰ地址或者是地址　池，而ｍａｓｑｕｅｒａｄｅ在ａｄｓｌ等方式拨号上网时　程序的开发及实现原理［Ｊ］．微计算机信　息，２００８．　建一个新的查询，修改和提取数据库的信息。　ｌｐｔａｂｌｅｓ—Ｉ　ｆｏｒｗｏｒｄ　１＿ｐ　ｔｃｐ一￣ｐｏｒｔ　１４３３—ｍ　ｓｔａｔｅ—ｓｔａｔｅ　Ｅｓｔａｌ：－ｌｉｓｈｄ—ｍ　ｓｔｒｉｎｇ—ｓｔｒｉｎｇ“Ｉｏｏｆ“　候非常有用，因为是拨号上网所以网卡的外　作者简介　ａｌｇｏ　ｂｍ—ｍ　ｓｔｒｉｎｇ＿ｈｅｘ—ｓｔｒｉｎｇ“一１００１—１００１”一　网ＩＰ经常变化，这样在进行地址转换的时候　朱爱农（１　９７４－），男，汉族，四川成都人，　一ａｌｇｏ　ｂｍ－ｊ　ｌｏｇ一－ｌｏｇ—ｐｒｅｆｉｘ“ＳＱＬ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　就要在每次都要修改转换策略里面的ｉｐ，使用　单位是四川航空公司信息服务部，工程师，学　ｃｏｍｍｎｅｔ”　　ｍａｓｑｕｅｒａｄｅ就很好的解决了这个问题，他会　士学位，主要研究方向是信息安全。自己去探测卡获得的ｉｐ地址然后自动进　行地址转换，这样就算获得的ｉｐ经常变　作者单位　ｊ【）（】ｌ是指ＳＱＬ语句中的字符　４．６过滤某个ＭＡＣ　ｉｐｔａｂｌｅｓ－Ａ　ＦＯＲＷＡＲＤ－ｍ　ｍａｃ－－－ｍａｃ　化也不用人工干预了。　四川航空公司信息服务部　四川省成都市　６１　０２Ｏ２　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ电子技术与软件工程・１２３　电子产品・Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　以实现连续监测。⑥容易实现自动分析，低成　算抗体的浓度，并实现抗体的定向固定；最　验条件，在最佳工艺条件下的电流变化和检测　本，可连续使用，每个样品消耗费用只需要几　后研究使用稳定的的方法把他们相互组合以便　农药浓度得出校准曲线，对每个浓度做多次平　分钱人民币。　达到更理想的效果。　行实验，然后计算得出检测限。　（６）做免疫传感器的稳定性（重复ｌＯ天扫　描）、准确度、重复使用性、特异性（类似常　１．２电化学免疫传感器简介　生物传感器可以分为四类：酶生物传感　（４）对制备的免疫传感器的测量可使用　循环伏安（ＣＶ）电流检测，交流阻抗（ＥＬＳ）　电阻检测，差分伏安（ＤＰＶ）检测方法等。对　见的杀虫剂和结构不同的物种）实验，确定免　疫传感器应用程序参数。　（７）为了进一步验证免疫传感器的基体性　能，用色谱法和仪器测试方法如液相法（ＬＣ）、　气相色谱法（ＧＣ）和经典方法的酶联免疫吸附　器、微生物传感器、压电生物传感器、免疫传　检测系统采用稳定的三电极系统。　感器，敏感材料是使用酶、微生物、抗原和抗体。　免疫传感器是根据抗原和抗体特异性结合所引　发的免疫反应的原理研制成的传感器。相对于　（５）对实验的参数进行优化，需要优化　的参数包括制作基础材料的影响条件（温度、　时间、ｐＨ），制作抗体膜过程中的影响因素：　强特异性的免疫传感器而言，前几种生物传感　膜的固定时间和固定温度、抗体的浓度、测试　试验（ＥＬＩＳＡ）进行结果比较。对于常见的样品　器分别存在以下缺点：酶的价格较高、稳定性　底液的ｐＨ、孵育时间、孵育温度、孵育ｐＨ等，　稍差；稳定性和选择性不高；操作时间长，蛋　得到一组最优制备效果数据和最稳定的检查结　白质活性在干燥过程易受到损害，这更突显了　果。　免疫传感器的优越性。免疫反应一般难以检测　（６）为了进一步验证抗体抗原的结合情　到小分子物质，它通常用荧光素、放射性同位　况，使用原子力显微镜（ＡＦＭ）或扫描隧道　素或酶等物质来标记抗原或抗体，然后用现代　电镜（ＳＴＭ）对电极表面的抗体抗原复合物　测试仪器检测。免疫分析分类方法较多，按标　的比率进行研究，对测试结果作进一步的确认，　记技术的不同可分为酶联免疫吸附分析法、生　得出信号与检测物浓度的标准曲线。　物发光免疫分析、荧光标记免疫分析及化学发　（７）考察免疫传感器好坏，利用的参数　光免疫分析等；按反应体系物理状态的不同可　除了分析方法中常见的灵敏度、准确度、精确　分为均相免疫分析和非均相免疫分析。电化学　度之外，还涵盖选择性（交互反应率大小）、　免疫传感器是生物技术和电化学技术相结合的　响应时间、样品通量、传感器寿命、是否能进　产物，而免疫感受器在检测过程中只有抗体和　行实时在线分析、是否能够再生（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）、　抗原污染物结合没有化学反应，需要由其他电　是否能检测实际环境样品以及是否能够实现集　器元件的帮助才能完成信号的转换和放大，在　成化和小型化等进行评价。　早期的免疫传感器中较多的使用酶标抗体或抗　（８）对实际样品进行处理，可用直接溶　原，但是酶标的步骤繁琐，且酶易失活，研究　解、超声提取、样品浓缩等多种方法进行优选，　一种无标记的电化学免疫传感器受到很多学者　选择精准、简单易行的样品处理方法，将免疫　的重视。　传感器应用到实际的果蔬样品中农药残留的检　测。　２氨基甲酸酯类农药残留检测用免疫传　感器实验　２．２具体的实验方法　２．１实验内容　（１）应用检测技术和特异性的探测技术得　到的克百威单克隆抗体，确定使用抗体浓度，　（１）研究单克隆抗体的特性，用经典的　并确定该方法的最低检测限。　酶联免疫（ＥＬＩＳＡ）技术检测抗体的活力，和　（２）制备材料的基本性质表征和描绘材料。　抗体抗原结合的特异性，确定抗体的可应用　（３）清洗电极，电极表面积对实验结果有　参数，为实验的精确性和可操作性奠定基础。　很大的影响，所以抛光后，通过超声波清洗、　（２）制备一些用于形成抗体膜的材料，　硫酸活化可彻底清洗电极。　如纳米材料如纳米金，纳米Ｓｉ０　粒子，磁性　（４）电极改性，制备方法，采用自组装制　纳米颗粒Ｆｅ　０　，纳米钛酸钡，溶胶凝胶等，　备免疫传感器，具体操作步骤装配特征的效果　使用透射电镜（ＴＥＭ）原子力显微镜（ＡＦＭ）　如图：　或扫描探针电镜（ＳＰＭ）研究其纳米粒子的直　径大小，进而得到可以反映粒子表面积的电学　特性。　（３）应用制备的材料结合制备抗体膜的　技术设计制备免疫传感器的敏感界面。首先利　用自组装技术，通过制备的不同材料把单克隆　抗体组装在电极表面；其次：使用溶胶凝胶技　术将抗体固定在其空隙中；然后，通过精确计　（５）通过优化实验参数，以获得最佳的实　１２４・电子技术与软件工程Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　如水果和蔬菜产品进行测试，得出检出率的重　复性。　３实验结论　测量电流的电化学分析方法和免疫学技　术相结合，具有快速、灵敏、选择性强、操作　简单等特点。本实验从功能固定材料制备、　传感器敏感界面的构建以及新型增强信号的免　疫传感器的研制等提出以下一些方面的探索和　研究：　（１）基于农药检测的酶生物传感器的基　础上制备了新型电流型无标记免疫传感器，将　直接竞争的方法应用到农药残留的检测，这种　方法到目前还鲜有报道。　（２）基于新的物质材料如纳米磁性材　料（ＴｉＯ２、Ｆｅ３Ｏ４）、电介质材料（ＢＳＴ、　ＳｉＯ：），结合相应的技术如自组装成膜技术、　溶胶凝胶成膜技术、电沉积技术、定向固定技　术等，设计一系列新的用于农药检测的免・疫　传感器。　参考文献　【１】王兆守，刘丽花，邵宗泽，陈小兰，黄加　扬．农药残留检测新方法研究进展…．　化工进展，２００８．　【２】黄科林，吴睿，韦生敏，慕朝师，刘宇　宏．农药残留测定用生物传感器研究进展　［Ｊ】．企业科技与发展，２００９．　［３】蒋国辉，郑永权，董丰收．农药残留检测　技术研究进展［Ｊ］．农业质量标准，２　００５．　［４］马莉萍，毛斌，刘斌，李工农，韩根亮，　刘国汉．生物传感器的应用现状与发展趋　势［Ｊ］．传感器与微系统，２　００９．　作者单位　１．广东省测试分析研究所　广东省广州市　５１Ｏ０７　０　２．广州饮食服务企业集团有限公司　广东省　广州市５１０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