基于分子識(shí)別的農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)研究進(jìn)展

陳可仁，李 潔，常巧英，許文濤*，龐國(guó)芳，2*

（1．中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 營(yíng)養(yǎng)與健康系 食品精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)與質(zhì)量控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100191；2．中國(guó)檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院，北京 100176）

自20世紀(jì)40年代被首次合成以來(lái)，有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑即憑借理想的殺蟲(chóng)效果，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛使用［1］。世界衛(wèi)生組織將農(nóng)藥定義為在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用于殺死昆蟲(chóng)、真菌和雜草的化合物。目前世界上有超過(guò)千種農(nóng)藥，包括殺蟲(chóng)劑、除草劑、殺真菌劑和生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。為了提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，全球每年在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的農(nóng)藥達(dá)數(shù)百萬(wàn)噸。盡管農(nóng)藥的使用可以提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)值，但是其過(guò)度使用會(huì)對(duì)環(huán)境和生物體產(chǎn)生危害。農(nóng)藥可以在土壤和水中殘留并通過(guò)食物鏈進(jìn)行富集，含有超標(biāo)農(nóng)藥的食物被人類食用后，可導(dǎo)致眩暈、腹瀉、失明甚至死亡的嚴(yán)重后果［2］。因此，在當(dāng)前農(nóng)藥的使用仍然難以避免時(shí)，快速靈敏的農(nóng)藥檢測(cè)成為保障食品安全的關(guān)鍵。

在過(guò)去的幾十年中，農(nóng)藥檢測(cè)很大程度上依賴于高效液相色譜（High performance liquid chromatography，HPLC）、質(zhì)譜（Mass spectrometry，MS）和氣相色譜（Gas chromatography，GC）等技術(shù)的使用［3］。這些方法的靈敏度高、準(zhǔn)確性好，但是通常需要昂貴的大型儀器和經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人員，因此在農(nóng)藥快速檢測(cè)中的適用性不高。在農(nóng)藥檢測(cè)需求不斷增大的現(xiàn)狀下，農(nóng)藥快速檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展也越來(lái)越快。目前，多種分子識(shí)別機(jī)制已經(jīng)應(yīng)用于農(nóng)藥的即時(shí)監(jiān)測(cè)（Point-of-care testing，POCT）技術(shù)開(kāi)發(fā)，識(shí)別元件的類別更是決定了檢測(cè)的速度、靈敏度及特異性，對(duì)于農(nóng)藥POCT傳感器的開(kāi)發(fā)意義重大?；诓煌姆肿幼R(shí)別方式（圖1），本文對(duì)農(nóng)藥的快速檢測(cè)方式進(jìn)行了歸納總結(jié)，并在表1中對(duì)不同識(shí)別方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，以期為農(nóng)藥的POCT提供研究思路。

表1 農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)中不同識(shí)別方式的比較Table 1 Comparison between different recognition strategies in the rapid detection of pesticide residues

1 基于生物識(shí)別的農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)

1.1 基于蛋白質(zhì)的識(shí)別

基于蛋白質(zhì)識(shí)別的農(nóng)藥檢測(cè)是一種常見(jiàn)的檢測(cè)方式，該方法基于農(nóng)藥與酶和抗體之間的相互作用進(jìn)行檢測(cè)［2，4］。

乙酰膽堿酯酶（Acetylcholinesterase，AChE）是生物神經(jīng)傳導(dǎo)中一種重要的酶，當(dāng)其被破壞時(shí)會(huì)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的生理功能產(chǎn)生影響［5］。因此靶向AChE的有機(jī)磷農(nóng)藥或者氨基甲酸酯類殺蟲(chóng)劑在被昆蟲(chóng)攝入后可以通過(guò)對(duì)昆蟲(chóng)體內(nèi)的AChE進(jìn)行抑制達(dá)到殺蟲(chóng)效果。基于AChE的農(nóng)藥檢測(cè)可以通過(guò)pH值、熒光強(qiáng)度、吸光度和電化學(xué)信號(hào)等實(shí)現(xiàn)信號(hào)輸出。2017年，Liu等［4］基于AChE催化水解產(chǎn)物可以誘導(dǎo)DNA構(gòu)象變化實(shí)現(xiàn)滾環(huán)擴(kuò)增反應(yīng)（Rolling circle amplification，RCA）觸發(fā)的原理報(bào)道了一種用于農(nóng)藥檢測(cè)的均質(zhì)電分析平臺(tái)。如圖2A所示，RCA產(chǎn)生的G-四鏈體在沒(méi)有農(nóng)藥分子存在的情況下可以對(duì)溶液中游離的亞甲基藍(lán)（Methylene blue，MB）進(jìn)行捕獲，因此可以擴(kuò)散到電極進(jìn)行電子交換的MB數(shù)量較少，電化學(xué)信號(hào)較低；而當(dāng)農(nóng)藥分子存在時(shí)，由于AChE被破壞，RCA難以進(jìn)行，大量MB與電極接觸，電化學(xué)信號(hào)較高，因此可以根據(jù)電化學(xué)信號(hào)的強(qiáng)弱確定樣品中的農(nóng)藥含量。除了AChE，堿性磷酸酶（Alkaline phosphatase，ALP）、有機(jī)磷農(nóng)藥水解酶、酪氨酸酶和漆酶等也可用于農(nóng)藥的檢測(cè)。Guo等［6］開(kāi)發(fā)了一種多酶靶向的熒光探針，提高了農(nóng)藥的檢測(cè)效率。

近年來(lái)，免疫傳感器憑借高親和力和高特異性的特點(diǎn)越來(lái)越多的應(yīng)用于農(nóng)藥檢測(cè)中。抗體對(duì)于農(nóng)藥的識(shí)別可以通過(guò)多種機(jī)制轉(zhuǎn)換為直接可讀的信號(hào)，因此涉及熒光、比色和化學(xué)發(fā)光的免疫傳感器目前均在農(nóng)藥檢測(cè)中得到應(yīng)用。免疫傳感器通常可被分為三明治形式和競(jìng)爭(zhēng)形式，由于農(nóng)藥的特定性質(zhì)，通常使用競(jìng)爭(zhēng)形式的免疫傳感器進(jìn)行農(nóng)藥檢測(cè)。在這種檢測(cè)中，農(nóng)藥分子通常與酶標(biāo)記的半抗原（Hapten）競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合抗體，因此當(dāng)農(nóng)藥分子含量較高時(shí)，酶標(biāo)記的半抗原僅能少量結(jié)合抗體，產(chǎn)生較低的輸出信號(hào)。Shu等［7］使用雙功能抗體開(kāi)發(fā)了一種免疫層析試紙條，可以同時(shí)對(duì)甲基對(duì)硫磷和吡蟲(chóng)啉進(jìn)行檢測(cè)。如圖2B所示，用辣根過(guò)氧化物酶（Horseradish peroxidase，HRP）標(biāo)記甲基對(duì)硫磷的半抗原得到HRP-hapten1，吡蟲(chóng)啉的半抗原用ALP標(biāo)記產(chǎn)生ALP-hapten2，將其與固定在檢測(cè)線上的抗體結(jié)合。加入?yún)f(xié)同反應(yīng)劑后，兩種化學(xué)發(fā)光反應(yīng)同時(shí)被觸發(fā)產(chǎn)生輸出信號(hào)，整個(gè)檢測(cè)過(guò)程可在22 min內(nèi)完成。因?yàn)榕c靈敏度密切相關(guān)，所以半抗原的設(shè)計(jì)在這種檢測(cè)中十分重要。Wu等［8］提出了一種新的半抗原合成方法，即通過(guò)包被直接偶聯(lián)到載體蛋白上的抗原開(kāi)發(fā)有機(jī)磷農(nóng)藥的檢測(cè)試劑盒，這種方式克服了復(fù)雜的半抗原合成過(guò)程。

圖2 基于酶識(shí)別的生物傳感器用于有機(jī)磷農(nóng)藥和氨基甲酸鹽農(nóng)藥檢測(cè)（A）［4］；基于抗體的農(nóng)藥檢測(cè)試紙條（B）［7］；比色傳感器檢測(cè)多菌靈的原理及結(jié)果（C）［17］；電化學(xué)傳感器檢測(cè)馬拉硫磷的原理（D）［21］Fig．2 Enzyme-based recognition biosensors for organophosphorus pesticides and carbamate pesticides（A）［4］，test paper for detecting pesticide compounds based on antibodies（B）［7］，the principle and performance of carbendazim detection by the colorimetric sensor（C）［17］，the principle of malathion detection by the electrochemical sensor（D）［21］

除了酶和抗體，肽也可用于農(nóng)藥的檢測(cè)。Wang等［9］用肽標(biāo)記的四苯基乙烯（Tetraphenylethylene，TEP）對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥進(jìn)行檢測(cè)，有機(jī)磷農(nóng)藥可與肽形成復(fù)合物，促進(jìn)肽的聚集并誘導(dǎo)肽標(biāo)記的TEP熒光發(fā)射增強(qiáng)，檢出限為0．6 μmol·L-1。

1.2 基于核酸適配體的識(shí)別

核酸適配體是能特異性識(shí)別靶標(biāo)物質(zhì)且具有高度親和力的核酸序列，通常由SELEX篩選技術(shù)產(chǎn)生。1990年，Tuerk&Gold和Ellington&Szostak兩個(gè)課題組分別提出了SELEX篩選技術(shù)和核酸適配體概念［10-11］。此后，核酸適配體在隨后的30多年中迅速發(fā)展，應(yīng)用范圍涉及生物傳感［12］、生物醫(yī)藥［13］、生物成像［14］和納米材料［15］等不同領(lǐng)域。

近年來(lái)，基于核酸適配體介導(dǎo)的分子識(shí)別技術(shù)在農(nóng)藥快速檢測(cè)中受到廣泛關(guān)注。核酸適配體與其靶標(biāo)結(jié)合的強(qiáng)大特異性及親和性助力了農(nóng)藥的檢測(cè)識(shí)別過(guò)程。無(wú)論是高分子還是小分子農(nóng)藥，適配體都具有很好的識(shí)別能力。并且，由于適配體易于修飾，因此可以與多種類型的信號(hào)輸出單元聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)快速、靈敏、特異的POCT。適配體可應(yīng)用于光學(xué)生物傳感器中，主要包括比色傳感器、熒光傳感器和化學(xué)發(fā)光傳感器。

金納米顆粒（Gold nanoparticles，AuNPs）在不同溶液環(huán)境下會(huì)呈現(xiàn)出分散或聚集的狀態(tài)，使溶液顏色發(fā)生變化［16］，因此經(jīng)常用于農(nóng)藥的比色傳感器中。2020年，Wang等［17］開(kāi)發(fā)了一種由AuNPs和正電聚二烯丙基二甲基氯化銨（PDDA）組成的適配體傳感器，用于檢測(cè)廣譜殺菌劑多菌靈。如圖2C所示，當(dāng)體系中不存在多菌靈時(shí)，表面為負(fù)電的金納米顆粒會(huì)與正電PDDA通過(guò)靜電作用形成穩(wěn)定的復(fù)合物。在該狀態(tài)下，AuNPs呈分散狀，溶液為紅色。當(dāng)體系中存在靶標(biāo)時(shí)，多菌靈適配體優(yōu)先與其結(jié)合，使得AuNPs無(wú)法與PDDA形成穩(wěn)定復(fù)合物從而導(dǎo)致AuNPs聚集。聚集的AuNPs使溶液變藍(lán)，從而可依據(jù)溶液吸光度的變化實(shí)現(xiàn)多菌靈檢測(cè)，檢出限低至2．2 nmol·L-1，檢測(cè)范圍為2．2~500 nmol·L-1。該方法具有較好的靈敏度和特異性，能夠在水樣品中實(shí)現(xiàn)較高的多菌靈回收率（94．9%~105%）。

此外，有研究人員基于適配體與靶標(biāo)的高親和力以及AuNPs的形貌與其催化作用之間的相關(guān)性構(gòu)建了啶蟲(chóng)脒的化學(xué)發(fā)光傳感平臺(tái)［18］，在過(guò)氧化氫和魯米諾存在的條件下，AuNPs能夠?qū)崿F(xiàn)催化作用并產(chǎn)生電化學(xué)發(fā)光現(xiàn)象，基于電化學(xué)信號(hào)的變化可實(shí)現(xiàn)啶蟲(chóng)脒的高靈敏檢測(cè)，檢出限低至62 pmol·L-1。

熒光信號(hào)也是一種常用的輸出信號(hào)。在生物傳感器中，可以通過(guò)引入具有熒光特性的分子進(jìn)行信號(hào)輸出。2018年，Wangoo和Sharma以及Lu團(tuán)隊(duì)分別利用不同的適配體實(shí)現(xiàn)了馬拉硫磷和水胺硫磷的快速檢測(cè)［19-20］。他們通過(guò)相似的策略，即待測(cè)靶標(biāo)加入前后，適配體構(gòu)象的變化導(dǎo)致體系中游離核酸單鏈的數(shù)量不同，基于適配體與納米材料的相互作用使體系的熒光值發(fā)生變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的定量檢測(cè)。相較而言，馬拉硫磷生物傳感器的檢測(cè)性能（檢出限為4 pmol·L-1）優(yōu)于水胺硫磷生物傳感器（檢出限為10 nmol·L-1）。

除了光學(xué)傳感器，基于適配體識(shí)別的電化學(xué)生物傳感器同樣可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的高靈敏檢測(cè)。2019年，有研究人員成功搭建了一種用于馬拉硫磷超靈敏檢測(cè)的適配體生物傳感器（圖2D）［21］。該傳感器由聚合物和多壁碳納米管組成，適配體被化學(xué)修飾在電極表面。該電化學(xué)傳感器在0．1 fmol·L-1~1 μmol·L-1范圍內(nèi)具有良好線性，檢出限低至0．5 fmol·L-1。此外，Xu等［22］在2020年提出了一種創(chuàng)新性的電化學(xué)適配體傳感器，該傳感器包含高孔隙率金和適配體，可用于啶蟲(chóng)脒的檢測(cè)，其線性范圍為0．5~300 nmol·L-1，檢出限為0．34 nmol·L-1。

相比于抗體，基于適配體的識(shí)別方式在小分子農(nóng)藥的定量檢測(cè)中具有顯著優(yōu)勢(shì)。核酸適配體的高特異性、親和性、易于修飾且容易改造裁剪的特性使其在農(nóng)殘檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛和靈活，其穩(wěn)定性、易得性和低成本更是在檢測(cè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)方面獨(dú)具優(yōu)勢(shì)。

2 基于非生物識(shí)別的農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)

2.1 基于無(wú)機(jī)納米材料的識(shí)別

近年來(lái)，無(wú)機(jī)納米材料成為材料科學(xué)、納米醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和化學(xué)催化等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。越來(lái)越多的無(wú)機(jī)納米材料在應(yīng)用中發(fā)揮了分子識(shí)別功能。

分子印跡聚合物（Molecularly imprinted polymer，MIP）也被稱為化學(xué)抗體，具有較高的機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性，并且易于大規(guī)模制備和重復(fù)利用，能特異性地結(jié)合到特定化學(xué)分子上，因此在檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛［23］。MIP可以與眾多具有輸出信號(hào)特性的材料聯(lián)合用于農(nóng)藥檢測(cè)。2020年，有研究人員組裝了一種MIP上轉(zhuǎn)換納米顆粒（UCNPs），能夠在20~800 ng·mL-1范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)啶蟲(chóng)咪的精準(zhǔn)定量，檢出限低至8．3 ng·mL-1，具有良好的檢測(cè)能力（圖3A）［24］。此外，MIP還可與碳量子點(diǎn)［25］、金屬納米顆粒［26］和熒光分子［27］等其他納米材料結(jié)合，用于農(nóng)藥POCT。

金屬有機(jī)框架（Metal-organic frameworks，MOFs）由于結(jié)構(gòu)的規(guī)則性、合成的可控性以及獨(dú)特的化學(xué)特性，在不同領(lǐng)域的應(yīng)用被不斷探索［28］。通過(guò)對(duì)骨架的適當(dāng)設(shè)計(jì)，MOF可基于主客體相互作用與特定分子特異性結(jié)合進(jìn)行農(nóng)藥識(shí)別。2020年，Xu等［29］基于鋅MOF結(jié)構(gòu)與熒光配體特異性識(shí)別的原理組裝了光學(xué)傳感器，該傳感器能夠選擇性識(shí)別巴拉松并實(shí)現(xiàn)了低至1．950 μg·L-1的超靈敏檢測(cè)。此外，其他納米材料如金屬納米片等同樣可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的靈敏和快速檢測(cè)［30］。

納米材料易得、制備成本低廉，還具有良好的催化性能和信號(hào)輸出等多元功能，加之其出色的比表面積和卓越的穩(wěn)定性，近年來(lái)在分子識(shí)別方面受到了廣泛關(guān)注。但是，該領(lǐng)域還在發(fā)展和完善的過(guò)程中，納米材料與農(nóng)藥分子的特異性識(shí)別機(jī)制有待進(jìn)一步探究，以助力理想的農(nóng)藥POCT產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

2.2 基于大環(huán)化合物的識(shí)別

大環(huán)化合物是一類具有選擇性的熒光試劑，常見(jiàn)的大環(huán)化合物有環(huán)糊精、瓜環(huán)、冠醚和杯芳烴等，近年來(lái)這些物質(zhì)在農(nóng)藥的檢測(cè)中也逐漸被使用［31］?；诖蟓h(huán)化合物的農(nóng)藥鑒定方法通常將大環(huán)化合物與熒光物質(zhì)相結(jié)合，當(dāng)農(nóng)藥分子存在時(shí)，在非熒光大環(huán)化合物的作用下，熒光團(tuán)與農(nóng)藥相互影響，從而使熒光能量改變，產(chǎn)生輸出信號(hào)以實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的檢測(cè)?；谶@種原理，2020年，Zhang等［32］合成了3種不同咔唑基團(tuán)修飾的多孔有機(jī)聚合物，并利用這些聚合物制備了農(nóng)藥檢測(cè)試紙（圖3B）。該試紙?jiān)诮佑|三氟脲水分散液時(shí)表現(xiàn)出快速的熒光響應(yīng)，在循環(huán)使用12次后仍具有良好的靈敏性。利用大環(huán)化合物進(jìn)行農(nóng)藥檢測(cè)的另一種策略是利用農(nóng)藥對(duì)大環(huán)封閉的熒光分子進(jìn)行置換以實(shí)現(xiàn)熒光的釋放。2021年，Xu等［33］使用農(nóng)藥對(duì)大環(huán)化合物中質(zhì)子化的吖啶進(jìn)行置換實(shí)現(xiàn)了多果定的檢測(cè)。當(dāng)多果定存在時(shí)，其可將熒光被抑制的質(zhì)子化吖啶從葫蘆［10］脲中移出，使其強(qiáng)熒光恢復(fù)。

圖3 分子印跡上轉(zhuǎn)化納米顆粒的制備及檢測(cè)原理（A）［24］；用于水中農(nóng)藥檢測(cè)的咔唑基單體的合成（B）［32］；一種可重復(fù)使用的SERS納米多孔銀片用于農(nóng)藥檢測(cè)（C）［39］；直接從水果和蔬菜表面取樣農(nóng)藥的擦拭技術(shù)用于DART（D）［47］Fig．3 The construction of molecularly imprinted upconversion nanoparticles and the detection principle［24］（A），synthesis of carbazolids for pesticide detection in water［32］（B），a reusable SERS nanoporous silver sheet for pesticide detection［39］（C），swabbing technique employed to sample pesticides directly from fruit and vegetable surfaces for DART［47］（D）

3 基于直接識(shí)別的農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)

除了需要借助識(shí)別元件實(shí)現(xiàn)的農(nóng)藥殘留快檢方式外，隨著生物技術(shù)及儀器分析領(lǐng)域的發(fā)展，多種基于儀器的直接分析方法也被不斷開(kāi)發(fā)。這些方法能夠根據(jù)農(nóng)藥固有光學(xué)性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)的不同，在無(wú)需引入識(shí)別元件的條件下實(shí)現(xiàn)直接、快速、靈敏、無(wú)損、低成本的農(nóng)藥殘留超靈敏檢測(cè)［34］。

3.1 基于農(nóng)藥光學(xué)性質(zhì)的識(shí)別

根據(jù)物質(zhì)的光譜特性對(duì)其化學(xué)成分進(jìn)行分析是分析化學(xué)中一項(xiàng)重要的分析技術(shù)，具有快速、高效和無(wú)損的特點(diǎn)，在農(nóng)藥檢測(cè)中被廣泛使用。

拉曼光譜是使用最為廣泛的一種光譜技術(shù)，1928年，Raman和Krishnan首次觀察到了拉曼光譜這種非彈性光散射現(xiàn)象，可以根據(jù)不同的振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)拉曼光譜提供分析物的分子指紋特異性。盡管拉曼光譜可以對(duì)不同的分子進(jìn)行識(shí)別，但是由于其散射橫截面小，因此不適用于痕量物質(zhì)的檢測(cè)，表面增強(qiáng)拉曼光譜（Surface-enhanced Raman scattering，SERS）的出現(xiàn)很好地解決了這一問(wèn)題［35］。1974年，F(xiàn)leischmann等首次將拉曼光譜用于研究電極吸附作用，發(fā)現(xiàn)當(dāng)分析物靠近金屬顆粒表面或者被金屬顆粒吸收時(shí)其拉曼散射信號(hào)增強(qiáng)［36］。1987年SERS第一次被用于有機(jī)磷農(nóng)藥的檢測(cè)［37］，此后越來(lái)越多基于SERS的農(nóng)藥檢測(cè)方法被開(kāi)發(fā)。2021年，Sun等［38］報(bào)道了一種三維分層多孔功能SERS基底Cu@Co3O4@Ag-H，可以提供大量的電磁增強(qiáng)位點(diǎn)，并且可在2 s內(nèi)對(duì)痕量液滴進(jìn)行快速感應(yīng)，利用該傳感平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)水果和蔬菜表面農(nóng)藥殘留的快速檢測(cè)，檢出限為0．1 mg·L-1。通常，金、銀作為SERS的基底物質(zhì)時(shí)可實(shí)現(xiàn)較好的信號(hào)增強(qiáng)效果。為了解決昂貴基底物質(zhì)對(duì)檢測(cè)的限制，Chi等［39］在2020年報(bào)道了一種可重復(fù)使用的納米多孔銀片，該銀片可以通過(guò)超聲波進(jìn)行清洗，在重復(fù)使用20次時(shí)仍然保持良好的SERS活性（圖3C）。此外，Logan等［40］還開(kāi)發(fā)了手持式SERS和安全高效的醋酸鹽提取方式聯(lián)合使用的檢測(cè)技術(shù)，對(duì)印度香米中的4種農(nóng)藥進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了低于10 μg·L-1的檢出限。

基于可以選擇性吸收某些波長(zhǎng)紅外線并發(fā)生能級(jí)躍遷的特點(diǎn)，紅外光譜也可用于物質(zhì)的檢測(cè)。Jamshidi等［41］利用可見(jiàn)/近紅外光譜結(jié)合偏最小二乘回歸判別分析實(shí)現(xiàn)了快速無(wú)損的黃瓜中農(nóng)藥的殘留檢測(cè)。González-Martín等［42］利用同樣的方法對(duì)106個(gè)蜂膠樣品進(jìn)行農(nóng)藥殘留檢測(cè)，并與GC-MS的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)該方法具有代替GC的潛力。

3.2 基于農(nóng)藥化學(xué)性質(zhì)的識(shí)別

不同類別的農(nóng)藥化學(xué)性質(zhì)各異。質(zhì)譜技術(shù)的檢測(cè)靈敏度極高且對(duì)樣品用量的需求較低，因此在食品藥品等領(lǐng)域成為有效的實(shí)驗(yàn)室分析手段之一。為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥POCT檢測(cè)，近年來(lái)已有多種快速、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)平臺(tái)被不斷開(kāi)發(fā)。2005年，Cody等［43］提出了實(shí)時(shí)直接分析（Direct analysis in real time，DART）技術(shù)，并將DART與高分辨率飛行時(shí)間質(zhì)譜儀聯(lián)用，通過(guò)精確的質(zhì)量測(cè)量得到了更高選擇性和更準(zhǔn)確的元素組成分配信息。實(shí)時(shí)直接分析質(zhì)譜（Direct analysis in real time mass spectrometry，DART-MS）結(jié)合了非表面接觸分析手段與離子化質(zhì)譜分析技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，無(wú)需真空環(huán)境，在大氣壓條件下即可對(duì)不同狀態(tài)、形態(tài)的樣品實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、靈敏、無(wú)損的原位定量分析，并且樣品前處理過(guò)程簡(jiǎn)單，在特定條件下甚至無(wú)需樣品前處理過(guò)程即可滿足高通量、現(xiàn)場(chǎng)、快速、原位、無(wú)損的樣品分析需求。DART-MS目前在食品［44］、醫(yī)藥［45］和環(huán)境分析［46］等領(lǐng)域已經(jīng)取得了不錯(cuò)的研究進(jìn)展。

DART-MS技術(shù)同樣被廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥檢測(cè)領(lǐng)域。2012年，有研究學(xué)者通過(guò)DART-MS技術(shù)分析了水果和蔬菜表面的農(nóng)藥殘留量［47］。他們使用拭子擦拭果蔬表面，實(shí)現(xiàn)了櫻桃番茄、橙子、桃子和胡蘿卜等多種樣品的農(nóng)殘快速分析（圖3D），檢測(cè)到的農(nóng)殘類型包括馬拉硫磷、甲胺磷、噻菌靈、抑霉唑和樂(lè)果等，其檢出量均遠(yuǎn)低于國(guó)家限值要求。為了提高檢測(cè)的選擇性和準(zhǔn)確性，Lara等［48］將DART與高分辨率質(zhì)譜聯(lián)用實(shí)現(xiàn)了生菜和芹菜等復(fù)雜樣品中農(nóng)藥的定量檢測(cè)。結(jié)果表明，該技術(shù)至少能夠定量7種高極性農(nóng)藥，檢出限為20~60 μg·kg-1，樣品回收率為71．0%~115%。此外，Kiguchi等［49］采用薄層色譜/實(shí)時(shí)直接分析飛行時(shí)間質(zhì)譜（TLC/DART-TOF MS）和同位素稀釋技術(shù)同時(shí)分析了脂肪食品中的極性和非極性有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑，發(fā)現(xiàn)苯硫磷和二嗪磷在較低含量范圍（0．05~5 μg）具有良好的線性關(guān)系，而乙酰甲胺磷、甲胺磷和殺螨硫磷則在2．5~25 μg的高含量范圍內(nèi)呈現(xiàn)相對(duì)理想的檢測(cè)效果。

此外，解吸電噴霧電離質(zhì)譜法（Desorption electrospray ionization mass spectrometry，DESI-MS）能夠利用霧化溶劑噴霧對(duì)樣品表面分析物進(jìn)行解析和電離，實(shí)現(xiàn)對(duì)半極性和極性物質(zhì)的特定分析。該方法由普渡大學(xué)Cooks研究團(tuán)隊(duì)首先提出，并于2006年應(yīng)用至成像領(lǐng)域［50-51］。近年來(lái)，該方法在農(nóng)藥分析中也取得了一定的應(yīng)用進(jìn)展。2009年，國(guó)內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)基于DESI-MS方法實(shí)現(xiàn)了白菜葉片上莠去津殘留的精準(zhǔn)、靈敏檢測(cè)［52］。此外，Gerbig等［53］利用DESI-MS方法檢測(cè)了芒果、百香果、木瓜和草莓表面的農(nóng)藥殘留，完成了24種農(nóng)藥的快速檢測(cè)，其檢出濃度遠(yuǎn)低于食品污染物最大殘留限量。

4 結(jié)論與展望

在農(nóng)藥POCT中，基于生物與非生物識(shí)別方式均可實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的特異性識(shí)別。相比于非生物識(shí)別方式，生物識(shí)別元件的安全性強(qiáng)、操作便捷，但穩(wěn)定性相對(duì)較差。傳統(tǒng)的基于酶的農(nóng)藥識(shí)別方式依賴于酶的特定性質(zhì)和緩沖體系，基于該原理的傳感器在穩(wěn)定性、特異性和選擇性上均有一定的提升空間；而基于非酶識(shí)別的傳感器具有優(yōu)越的親和性、特異性和穩(wěn)定性，并且對(duì)農(nóng)藥種類無(wú)特定限制。基于非生物識(shí)別原理搭建的傳感器的穩(wěn)定性強(qiáng)，易于制備和獲得，但有時(shí)需要特定儀器輔助才能完成檢測(cè)。如SERS和DART-MS分析技術(shù)在農(nóng)殘分析領(lǐng)域雖已取得一定進(jìn)展，但在儀器便攜性和操作簡(jiǎn)便性方面還需進(jìn)一步提高。另外，納米材料具有優(yōu)越的穩(wěn)定性和獨(dú)特的酶活及光電特性，也是一種值得關(guān)注的新興識(shí)別元件?？傊?，基于不同識(shí)別模式開(kāi)發(fā)的農(nóng)藥傳感器基本能夠滿足對(duì)復(fù)雜樣品中待測(cè)農(nóng)藥的高特異及高靈敏檢測(cè)需求，但仍需發(fā)展更加出色的檢測(cè)識(shí)別模式。目前可通過(guò)液體均相和固相裝置實(shí)現(xiàn)POCT產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，如側(cè)流層析試紙條、微流控裝置和檢測(cè)試劑盒。未來(lái)，除了滿足快速、靈敏和穩(wěn)定的檢測(cè)需求外，還應(yīng)使檢測(cè)裝置適用于不同樣品基質(zhì)并簡(jiǎn)化樣品前處理步驟，以實(shí)現(xiàn)卓越的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)效果，更好地滿足市場(chǎng)需求。