免疫傳感器在農(nóng)產(chǎn)品快速檢測中的應(yīng)用進(jìn)展

左 雄

(四川省自貢市沿灘區(qū)農(nóng)牧林業(yè)局，四川 自貢 643003)

免疫傳感器在農(nóng)產(chǎn)品快速檢測中的應(yīng)用進(jìn)展

左 雄

(四川省自貢市沿灘區(qū)農(nóng)牧林業(yè)局，四川 自貢 643003)

本文介紹了免疫傳感器的基本組成和工作原理，綜述了其在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全快速檢測中的應(yīng)用，針對免疫傳感器應(yīng)用中的缺點(diǎn)，討論了免疫傳感器的發(fā)展方向。

免疫傳感器；農(nóng)產(chǎn)品安全；快速檢測

我國農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全已經(jīng)取得了很大提高，但仍存在一些問題。農(nóng)產(chǎn)品來源廣泛，監(jiān)管困難，急需快速檢測和在線檢測技術(shù)的普及和應(yīng)用。免疫傳感器(Immunosensor)是免疫測定方法與傳感技術(shù)相結(jié)合而構(gòu)建的一類新型生物傳感器[1]，根據(jù)體內(nèi)抗體和抗原之間能發(fā)生特異性的結(jié)合反應(yīng)，通過傳感技術(shù)將這種結(jié)合發(fā)生時產(chǎn)生的信號檢測出來，可以應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品中痕量免疫原性物質(zhì)的檢測。

1 免疫傳感器概述

1.1 免疫傳感器發(fā)展簡史

1975年，Janata報道的免疫電極可以視為免疫傳感器(Immunosensor)的雛形，Herry等于1990年第一次提出了免疫傳感器的概念[1]。免疫傳感器是生物傳感器的一種，生物傳感器是使用固定化的生物分子，結(jié)合換能器，用來檢測生物體內(nèi)和體外的化學(xué)物質(zhì)或與之特異性作用后產(chǎn)生響應(yīng)的一種裝置[2]。免疫傳感器則是根據(jù)生物體內(nèi)抗原-抗體特異性結(jié)合并導(dǎo)致化學(xué)變化而設(shè)計的生物傳感器，主要由感受器、轉(zhuǎn)換器和放大器組成[3]。

1.2 免疫傳感器工作原理

根據(jù)其工作原理，免疫傳感器分為兩類，即標(biāo)記性免疫傳感器和非標(biāo)記性免疫傳感器。前者是利用待測抗原(或抗體)與傳感器表面的抗體(或抗原)發(fā)生特異結(jié)合時直接產(chǎn)生光電信號；后者則選用一定的標(biāo)記物，比如酶、熒光試劑、化學(xué)發(fā)光試劑、同位素、核糖體、紅細(xì)胞或金屬標(biāo)記物等，標(biāo)記物可使免疫反應(yīng)產(chǎn)生易測定的信號[4]。

1.3 免疫傳感器特點(diǎn)和類型

農(nóng)產(chǎn)品檢測的常規(guī)方法主要有GC、GC-MS、HPLC、LC、AAS、HPLC-MS、MS-MS、紫外、紅外等。傳統(tǒng)方法可靠性高，但有一些明顯的不足，比如儀器成本昂貴、前處理復(fù)雜和檢出時間長。相比較而言，免疫傳感器具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)：抗原與抗體之間是特異性結(jié)合，不容易受其他干擾，檢出限低；整個檢測過程僅需要幾分鐘至幾十分鐘，屬便攜式設(shè)備，適合在線操作。

目前常用的傳感器主要有：電化學(xué)免疫傳感器、酶免疫傳感器、光化學(xué)免疫傳感器、表面等離子共振免疫傳感器、壓電晶體免疫傳感器、免疫芯片技術(shù)等[5-7]。

2 在農(nóng)產(chǎn)品快速檢測中的應(yīng)用

2.1 微生物與毒素的檢測

Bourette等利用FIA免疫傳感器測定E.coli，原理是E.coli抗體與經(jīng)戊二醛活化的有孔氨丙基玻璃珠共價結(jié)合，構(gòu)成免疫傳感器，整個檢測過程不足30min，檢出限為5×107CFM/mL；Chang等使用光纖免疫傳感器，通過檢測金黃色葡萄球菌產(chǎn)生的蛋白A，間接測定葡萄球菌[4,8]。

Paul Leonard等將多克隆免抗李斯特菌抗體與已經(jīng)熱致死的李斯特菌混合，發(fā)生抗原抗體的結(jié)合，分級離心出已連接的抗體，未發(fā)生結(jié)合的抗體與與李斯特菌濃度呈負(fù)相關(guān)，該方法檢出限與ELISA相當(dāng)[4]。據(jù)相關(guān)報道，巴塞羅那Autònoma大學(xué)(UAB)研究小組開發(fā)出治致病體檢測傳感器，可以迅速準(zhǔn)確地確定食品中致病菌類型。納米技術(shù)為監(jiān)控提供了可能性，為了測試蛋黃醬樣品中的沙門氏菌，探頭就攜帶有這種細(xì)菌的DNA片段，可以確定該細(xì)菌的基因組。

農(nóng)產(chǎn)品中的毒素具有種類多，來源廣的特點(diǎn)，既有生物體自身攜帶的(如河豚毒素、雪卡毒素、貝類毒素)，也有食品中的微生物代謝過程中產(chǎn)生的(如黃曲霉毒素、伏馬菌素)，免疫傳感器已被廣泛應(yīng)用于生物毒素的檢測(見表1)。

表1 免疫傳感器檢測生物毒素的應(yīng)用舉例[4]

2.2 農(nóng)藥和獸藥殘留的檢測

常見的農(nóng)藥殘留包括有機(jī)磷農(nóng)藥、有機(jī)氯農(nóng)藥、氨基甲酸酯類農(nóng)藥和擬除蟲菊酯農(nóng)藥殘留等；常見的獸藥殘留有抗生素殘留、磺胺類藥物殘留、激素類殘留、硝基呋喃類殘留等。

Sternesjoes等[6,9]采用表面等離子體共振(SPR)免疫傳感器快速測定脫脂牛奶和生牛奶中硫胺二甲嘧啶殘留物，檢出限低于1μg/mL，相對標(biāo)準(zhǔn)差為2%，而且該傳感器經(jīng)NaOH處理后可重復(fù)使用。Zhao等[6,10]用多克隆抗多氯化聯(lián)苯(PCB)抗體制作敏感膜光纖免疫傳感器，并對農(nóng)產(chǎn)品中的PCB進(jìn)行檢測，檢出下限為10ng/mL，時間僅幾十秒鐘到幾分鐘。Brummel等[6]用菌氯酸酐乙酸(CCA)和抗CCA抗體制成一種光纖維免疫生物傳感器，能夠檢測出ppb水平下的環(huán)雙乙烯農(nóng)藥殘留(如氯丹、七氯、氯甲橋萘等)。

3 免疫傳感器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[11]

國內(nèi)很多高校和科研單位從事免疫傳感器的研究，主要有南京大學(xué)、華東師范大學(xué)、湖南大學(xué)、上海師范大學(xué)、西南大學(xué)和中科院長春應(yīng)化所等。目前，免疫傳感器研究在國內(nèi)還處于基礎(chǔ)階段，距離實(shí)際應(yīng)用還有很長的路要走，特別是有關(guān)食品的免疫傳感器的研究還不夠多且不夠深入。中國食品安全重大科技專項(xiàng)行動把食品檢測免疫傳感器的研發(fā)列為重點(diǎn)項(xiàng)目，研究范圍涉及到食品中常見腸道致病菌、生物毒素、農(nóng)殘和獸殘等。

3.1 免疫傳感器存在的主要問題

抗原、抗體固定化技術(shù)/敏感膜修飾方法還不夠成熟，主要表現(xiàn)在穩(wěn)定性差，可重復(fù)檢測次數(shù)少，有待進(jìn)一步完善；免疫傳感器的靈敏度還要提高，以保證檢測的準(zhǔn)確性和精確性；生物相應(yīng)的穩(wěn)定性是一個重要的因素，生物傳感器在使用中都有信號下降的問題，變異系數(shù)可達(dá)5%～15%；酶的價格一般比較昂貴，抗體的的種類有限且制備過程費(fèi)時費(fèi)力，因此需要尋求新的基因工程生產(chǎn)技術(shù)；電極成本與電極再生問題；免疫傳感器電極的性質(zhì)、體積以及電極材料的成本，是商業(yè)化的關(guān)鍵，當(dāng)前的免疫傳感器不容易批量生產(chǎn)，僅局限于實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用[11]。

3.2 免疫傳感器的發(fā)展趨勢

免疫傳感器的發(fā)展趨勢主要呈現(xiàn)以下幾個特點(diǎn)：標(biāo)記物的層出不窮，從酶、熒光發(fā)展成膠乳顆粒、膠體金、磁性顆粒和金屬離子等；隨著絲網(wǎng)印刷技術(shù)的成熟，其靈敏度、穩(wěn)定性、簡便性將進(jìn)一步提高；與計算機(jī)連用，向智能化、操作自動化方向發(fā)展；廉價的一次性免疫傳感器潛力巨大；可在電極上固定多種抗體，從而同時進(jìn)行多元測定；在食品、醫(yī)學(xué)、環(huán)境和發(fā)酵等領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛。雖然國內(nèi)傳感器的研究單位較多，但傳感器知名生產(chǎn)企業(yè)卻寥寥無幾[6]。傳感器研究與應(yīng)用的脫節(jié)，導(dǎo)致中國傳感器長期依賴進(jìn)口。因此，如何將國內(nèi)傳感器產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)是傳感器工作者的當(dāng)務(wù)之急,中國傳感器商品化和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程任重而道遠(yuǎn)。

[1] 溫志立，汪世平，沈國勵.免疫傳感器的發(fā)展概述[J].生物醫(yī)學(xué)雜志，2001，18(4):642-646.

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[3] 司士輝.生物傳感器[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003.63-82.

[4] 刑少璟，劉潔生.免疫傳感器在食品污染檢測中的應(yīng)用[J].食品科學(xué)，1999，8:6-8.

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[6] 刑豐峰，趙廣英.免疫傳感器在食品檢測中的應(yīng)用及相關(guān)思考[J].食品研究與開發(fā)，2006.27(3):98-99.

[7] 陳福生，高志賢，王建華.食品安全檢測與現(xiàn)代生物技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004:162-182.

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[9]SternesjoesA，MellgrenC，BjoerckL.Biochen[M].1995，226(1):175-181.

[10] 第九屆全國化學(xué)傳感器學(xué)術(shù)會議論文集[M].2005.

[11] 湯琳，曾光明，黃國和,等.免疫傳感器用于環(huán)境中痕量有害物質(zhì)檢測的研究進(jìn)展環(huán)境科學(xué)[J].2004，7(4):170-176.

2015-01-17

左雄，男，工學(xué)學(xué)士，主要從事農(nóng)產(chǎn)品安全檢測工作。