氨基甲酸酯类农药残留检测用免疫传感器的研究
The Study of Immunosensor on Carbamate Pesticides Residue Detection
摘要:近年来,食品生物安全问题越来越受到各国政府和百姓的重视,寻找一种优良的检测方法成为当前食品安全监督部门的当务之急。农药残留成为危害食品安全的重要问题之一,这就对食品农药残留的快速检测提出高要求。生物传感器技术具有快速、灵敏、特异、简便等特点,在食品检测领域具有广阔的应用前景,因此生物传感器作为一种新的检测分析工具,在检测食品农残中具有广泛的应用前景。本文主要介绍免疫传感器的特点、优点、国内外的研究现状、存在的问题及我们要研究的氨基甲酸酯类农药检测用免疫传感器的内容和预期达到的效果。
关键词:农药残留;生物传感器;检测
Abstract: In recent years, governments and people paid more attention to problem of food bio-safety. Finding an excellent method to solve these problems becomes an urgent work in food safety supervision departments. The one of the most important problems for harming food safety is the pesticide residues, and a rapid detection of pesticide residues in food make high demands. Because of the expert, sensitive, quick-responding reaction and simple, biosensor is widely applied in the food analysis. So biosensor as a novel detection and analysis tools are widely used in detection of pesticide residues in food. In this paper, the characteristics, the advantage, research home and abroad, open questions of immunosensor, as well as the study of immunosensor on carbamate pesticides detection were discussed.
Keyword: carbamate pesticide residue;immunosensor;detection
引言
农药是重要的农业生产资料,在农产品生产中对病、虫、草等危害的防治有着不可替代的作用,由于使用农药我国每年仅粮食一项就挽回损失约占总产量的7%。 由此可见,农药的发明和使用给农业生产带来了革命性的变化, 而且在农业生产中发挥着越来越重要的作用。虽然农药在我国农业生产中有着不可替代的作用,但由于农药的不合理使用,导致很多农产品中农药残留超标,这严重威胁了人类的饮食安全[1]。农药残留是农药使用后一个时期内没有被分解而残留于生物体、收获物、土壤、水体、大气中的微量农药原体、有毒代谢物、降解物和杂质的总称,不仅对环境造成了极大的污染,同时,通过食物链的富集作用,进入人体,对人体产生各种危害。
1.氨基甲酸酯类农药残留检测用免疫传感器研究的意义
食品安全问题除了作为重大公共卫生问题外,也是一个社会问题,涉及到管理监督水平、食品生产经营者的素质、全社会消费观念等。然而,长期存在的科技“瓶颈”是影响我国食品安全的重要因素。为了能够改善我国食品安全现状、减少食源性疾病的发病率、更有效的对市场进行卫生监管,对于关键检测技术的研究非常重要。
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。经典的分析方法,如液相色谱(LC)、气相色谱(GC) 以及超临界流体层析等分析方法。目前实验室使用最多的农药检测方法是高效液相色谱法(HPLC) 和气象色谱-质谱(GC-MS)以及特异性检测如电子捕捉检测、氮磷检测已与质谱分析法结合并应用于农药残留包括主要的农药代谢物和降解物分析[2-4]。这些分析方法虽然具有高选择性, 但是操作繁琐、耗时长、成本高, 并且要求对样品进行预浓缩和衍生处理, 难以得到广泛的应用。因此,人们迫切需要快速、可靠、经济和适合于现场应用的快速检测方法。于是,廉价、快速、可信、敏感的生物传感器应运而生。与传统的分析方法相比,生物传感器具有如下特点:①待测的样品不用经过预先处理,,除缓冲液外无需其他试剂, 可以同时对样品进行分离和检测。② 专一性强,只对特定的底物起反应, 而且不受颜色、浊度的影响。③分析速度快,可以在一分钟得到结果。④准确度高, 一般相对误差可以达到1%。⑤ 操作系统比较简单,可以实现连续监侧,容易实现自动分析⑥ 成本低, 在连续使用时, 每例测定仅需要几分钱人民币。⑦有的生物传感器能够可靠地指示微生物培养系统内的供氧状况和副产物的产生。⑧敏感物质经固定化可重复使用。⑨响应快,样品用量微传感器连同侧定仪的成本远低于大型分析仪器,便于推广普及[1-3]。
1.2生物传感器简介
根据生物传感器中分子识别元件即敏感元件用于农药残留的生物传感器可分为五类: 酶传感器(enzymesensor), 微生物传感器(microbialsensor),压电生物传感器(piezoesensor)和免疫传感器(immunolsensor),显而易见, 所应用的敏感材料依次为酶、微生物个体、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。相对于强特异性的免疫传感器而言前几种生物传感器分别存在,酶的价格较高、稳定性稍差;稳定性和选择性不高;增加了操作时间,蛋白质活性在干燥过程易受到损害,更突显了免疫传感器的优越性。免疫反应一般难以检测到小分子物质,通常用荧光素、放射性同位素或酶等物质来标记抗原或抗体,然后用现代测试仪器检测。免疫分析分类方法较多,按标记技术的不同可分为酶联免疫吸附分析法、生物发光免疫分析、荧光标记免疫分析及化学发光免疫分析等;按反应体系物理状态的不同可分为均相免疫分析和非均相免疫分析。电化学免疫传感器是生物技术和电化学技术相结合的产物,而免疫感受器在检测过程中只有抗体和抗原污染物结合没有化学反应, 需要其他体系帮助才能完成信号的转换和放大[5-7],在早期的免疫传感器中较多的使用酶标抗体或抗原,但是酶标的步骤繁琐,且酶易失活,研究一种无标记得电化学免疫传感器受到很多学者的重视。
1.3氨基甲酸酯类农药残留检测用免疫传感器研究的目的
本研究重点研究了无标记免疫传感器的设计方法如应用了自组装技术,凝胶溶胶技术,定向固定技术,纳米固定技术等将无标记的抗原或抗体固定在电极上,优化出最适宜的固定方法,进一步降低检测限,并应用于果蔬中
农药残留的检测。在目前的研究基础上免疫传感器的发展还存在很多问题:为了保证生物传感器的高稳定性和高灵敏度, 应当使尽可能多的高特异性抗体或抗原分子与固相载体结合。为了缩短生物传感器的感应时间, 延长使用寿命, 如何将基膜尽可能的做薄则成为另一个难题; 如何使生物传感器在使用环境中更加稳定也需要进一步的研究。
2. 该领域目前的国内外研究水平和发展趋势
免疫分析法(Lnmunoassay)正是基于抗原和抗体特异性结合前后物理和化学性质的变化建立的分析方法。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。免疫生物传感器以免疫生物分子作为识别元件,通过固定化技术将免疫蛋白结合到感受器表面,发生免疫识别反应后,生成的免疫复合物与产生的物理或化学信号相关联,由换能器将其转化为与待测物质浓度(或活度)有关的可定量或者可处理的物理化学信号,如电信号、光信号或者声波信号等,再通过二次仪