生物傳感器在食品安全檢測中的應用現(xiàn)狀

隨著科學領(lǐng)域的不斷發(fā)展，食品業(yè)亦是逐漸實現(xiàn)多元化發(fā)展，各類型食品應運而生。在食品多樣化發(fā)展的大環(huán)境下，為更好地保障食品安全，還需進一步提升當前食品檢測技術(shù)水平，提高檢測工作的準確性及有效性，確保我國食品行業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)健康可持續(xù)發(fā)展。傳統(tǒng)的檢測技術(shù)，如液相色譜、氣相色譜、液相色譜-質(zhì)譜等，大都面臨著樣本預處理過程繁雜、測定周期長、儀器設備笨重以及不能現(xiàn)場測定等弊端。生物傳感器作為現(xiàn)代新興檢測技術(shù)手段，具有明顯的優(yōu)勢，不僅檢測準確速度快，且操作方法簡便，具有相對較強的敏感性及特異性，能夠有效提升食品檢測工作的質(zhì)量，使食品安全得到切實保障[1]。因此，當前開展對生物傳感器在我國食品安全檢測體系中的綜合應用分析具有重要的現(xiàn)實意義。

1 生物傳感器及其特點

生物傳感器是指一類能夠?qū)崟r收集和處理檢測信息的特殊設備，主要結(jié)構(gòu)由生物分子識別元件和信號轉(zhuǎn)換器兩部分組成。采用已固定化制備的生物敏感性材料作識別的元件，如酶、抗體抗原、微生物、核酸和分子印跡聚合物等生物活性物質(zhì)，當檢測樣品與其接觸，通過分子識別與特異性結(jié)合將產(chǎn)生帶有特征性的生物學信息。信號轉(zhuǎn)換器將該特異響應轉(zhuǎn)換成易檢測判斷的光學或電學信號，從而實現(xiàn)對靶標物質(zhì)的檢測。

常用的生物傳感器有酶傳感器、免疫傳感器、適配體傳感器和基于分子印跡技術(shù)的新型聚合物生物傳感器等。相較于傳統(tǒng)檢測技術(shù)，生物傳感器具有檢測成本低、特異性高、簡單便捷等優(yōu)勢，十分適用于現(xiàn)場的快速檢測。檢測人員在實際應用這一技術(shù)期間，僅需注意做好傳感器的保養(yǎng)工作，并合理把握檢測環(huán)境即可，能夠滿足多樣化情境下食品安全檢測的需求，在食品安全檢測領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展空間。

2 生物傳感器在食品安全檢測中的應用

2.1 酶傳感器

酶傳感器以生物活性物質(zhì)酶作為識別元件，具有極高的特異性和靈敏性。其可催化待測物質(zhì)反應并生成或消耗某種特定物質(zhì)，這種變化可通過電化學裝置轉(zhuǎn)換成電信號，進而檢測及分析出待測物質(zhì)的含量，依據(jù)酶的功能性可分為酶抑制型和酶水解型兩類。酶傳感器可以立即檢驗繁雜試品，具備可選擇性高、可多次重復使用、體型小、成本低等優(yōu)勢。

酶生物傳感器發(fā)展較早，相關(guān)技術(shù)研發(fā)已基本成熟化，在食品中農(nóng)藥殘留的檢測方面得到了實質(zhì)應用。張賢珍等[2]以固定化乙酰膽堿酯酶為識別檢測元件，對敵百蟲進行了檢測，檢出限達到2 ng·mL-1，時間較短且可重復使用。與此同時，為提高酶傳感器的檢測靈敏度，人們嘗試將不同材料應用到酶傳感器上。納米材料具有與生物相容的特性，和酶相結(jié)合可傳遞電子提高反應靈敏度，是制造生物傳感器的理想材料。YAN等[3]基于比率熒光量子點（RF-QD）和金納米粒子（AuNPs）的組裝開發(fā)了一種光學生物傳感器，用于測定農(nóng)藥樣品中的有機磷農(nóng)藥。兩種不同顏色的量子點雜交形成的RF-QD提高了傳感器的精度，其檢測限為 0.018 ng·mL-1。

2.2 免疫傳感器

免疫傳感器技術(shù)是一種基于抗原抗體特異性結(jié)合來實現(xiàn)待測物質(zhì)定量檢測的技術(shù)，結(jié)合了免疫分析技術(shù)和傳感器靈敏度高、使用簡單、穩(wěn)定性強、專一性強等優(yōu)點，在食品安全檢測方面得到了廣泛的開發(fā)應用。

WANG等[4]研發(fā)了一種夾心式免疫傳感器來檢測食品中存在的副溶血性弧菌。將偶聯(lián)后的氨基變性Fe3O4磁性納米粒子與抗體固定在磁性GCE表面，用于快速分離并富集副溶血性弧菌，Ru(byp)3+與檢測抗體固定在AgNPs-GO電極表面作為檢測元件。免疫反應發(fā)生時，檢測元件中的抗體與副溶血性弧菌發(fā)生高度特異性結(jié)合，使得GO促進電子的轉(zhuǎn)移，光信號增大，該方法檢出限為33 CFU·mL-1，檢測時間為30 min。蔣雪松等[5]建立了一種壓電免疫生物傳感器結(jié)合流動注射的方法，用于檢測樣品中的農(nóng)藥殘留，該傳感器具有高特異性，可以重復使用，最低檢測限為 2.16×10-3μg·mL-1。

2.3 適配體傳感器

核酸適配體（Aptamer）通常是一個單鏈DNA或RNA的短序列，具有優(yōu)異的識別能力，在復雜的樣品中，適配體可通過非共價相互作用如氫鍵、范德華力、疏水作用和靜電相互作用，結(jié)合到待測物質(zhì)上，達到特異性識別的效果。適配體對待測物質(zhì)的特異識別性和高親和性與抗體相似，但與抗體相比，適配體明顯具有更多的優(yōu)勢。適配體具有較高的化學穩(wěn)定性，易于修飾，且合成周期更短，成本更低。適配體可在體外合成，拓寬了待測物質(zhì)的使用范圍，適用于不易獲取抗體的非免疫原性或毒性待測物質(zhì)。適配體的多功能性使其特別適合環(huán)境中各化合物質(zhì)的現(xiàn)場檢測與分析，并廣泛應用到了各個研究領(lǐng)域。

王曉煜等[6]構(gòu)建了一種新型比色型適配體傳感器，用于快速檢測大田軟海綿酸，在最優(yōu)條件下，檢測限低至0.044 ng·mL-1。WANG等[7]開發(fā)了一種基于適配體的色譜條帶測定方法用于毒素的快速檢測。該檢測方法的建立基于赭曲霉毒素A和DNA探針對適配體的競爭，其視覺檢測限為1 ng·mL-1，試紙條顯色信號定量檢測器的檢測限可降至0.18 ng·mL-1，測試樣品的回收率為96%～110%。此外，其檢測可在10 min內(nèi)完成，表明基于適配體的側(cè)流測定法是現(xiàn)場快速檢測的潛在有用工具。

2.4 分子印跡聚合物生物傳感器

分子印跡聚合物（Molecular Imprinted Polymer，MIP）是一些模擬生物體系對待測物質(zhì)進行特異性識別和選擇性吸附的化合物。在模板分子存在的情況下，功能單體經(jīng)交聯(lián)劑聚合后得到聚合物，之后通過物理或化學途徑去除模板分子得到印跡聚合物，其含有與模板分子形狀、大小及空間排列上互補的空腔以識別待測物質(zhì)。具有高選擇性和高負載能力，可以從復雜的樣品中分離富集待測物質(zhì)或與其結(jié)構(gòu)類似的化合物，提高檢測分析的回收率和檢測限[8]。常被用作生物傳感器平臺中的仿生受體，與生物受體相比，MIP在各種條件下都具有較高的穩(wěn)定性，而且可以為缺失生物識別元件的待測物質(zhì)設計合適的識別位點，在生物傳感器領(lǐng)域顯示出巨大的發(fā)展空間。

有研究以吡蟲啉為模板分子，乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑，丙烯酸為功能單體，制備印跡聚合物，將其制備為固相萃取的填料用來提純和富集茶湯中的吡蟲啉，取得了較好的結(jié)果[9]。此外LIU等[10]結(jié)合化學發(fā)光將MIP應用于紙基，檢測敵敵畏農(nóng)藥的殘留，該檢測方法對蔬菜樣品中的敵敵畏具有優(yōu)異的選擇性和特異識別能力，檢測限為0.8 ng·mL-1。

3 食品檢測中生物傳感器的發(fā)展趨勢分析

現(xiàn)階段，食品種類愈加繁多，需要檢測人員展開大量的檢測工作，以保障食品的安全性。因而生物傳感器在食品安全檢測領(lǐng)域的發(fā)展中，應注重高效化發(fā)展，確保檢測工作能夠保質(zhì)保量完成。現(xiàn)階段在安全意識不斷提升的背景下，生物傳感器還需加快革新力度，不斷提高其檢測技術(shù)的靈敏度，以便更為精準地識別食品內(nèi)部存在的各項生物體，從而提升檢測工作的質(zhì)量。

食品安全存在各類影響因素，包括污染、農(nóng)藥以及添加劑等問題，而每一類問題又含有各類細節(jié)性問題。例如，污染問題就包含環(huán)境污染下的水污染、土壤污染、大氣污染、重金屬污染等因素。因而在實際進行食品安全檢測期間，則需要應對各類問題進行有效檢測，這就需要多樣化生物傳感器的支持，以更好地適應不同問題及不同環(huán)境下的檢測需求，從而提升食品檢測工作的精準度，有效保障食品的安全。

4 結(jié)語

在食品多樣化發(fā)展的大環(huán)境下，生物傳感器的應用能夠更好地滿足當前食品檢測工作的需求，使食品安全檢測的工作質(zhì)量得以有效保障。本文結(jié)合現(xiàn)階段食品安全檢測問題發(fā)展現(xiàn)狀，重點對酶傳感器、免疫傳感器、適配體傳感器和分子印跡聚合物生物傳感器進行了深入研究。除此之外，還有諸多生物技術(shù)可應用于食品安全檢測當中，還需相關(guān)人員作進一步分析，通過加強對生物技術(shù)的應用，以更好地提升食品安全檢測質(zhì)量及效率，保障食品安全。