仿生印跡傳感器在食品安全快速檢測中的應(yīng)用進展

于江晗，李兆周*，陳秀金，王耀*，李芳，李佩艷，高紅麗，牛華偉，于慧春，袁云霞，殷勇，李道敏，呂璞

1(河南科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，河南 洛陽，471000)2(食品加工與安全國家級實驗教學(xué)示范中心，河南 洛陽，471000) 3(河南省食品綠色加工與質(zhì)量安全控制國際聯(lián)合實驗室，河南 洛陽，471000)

“民以食為天，食以安為先”，化學(xué)危害物對食品安全和人類健康危害極大，現(xiàn)場快速檢測是控制外源化學(xué)物安全風(fēng)險的有效途徑，現(xiàn)有的免疫學(xué)和微生物學(xué)方法雖然具有良好的應(yīng)用效果，但仍有不足之處，如免疫分析法易受外界環(huán)境的影響，抗原抗體制備復(fù)雜，檢測過程干擾因素眾多；微生物法的靈敏度較低，耗時較長[1-2]。因此，研究一種快速、準確、靈敏、穩(wěn)定和價廉的新型分析方法已成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的熱點問題。

借鑒生物學(xué)識別和檢測原理，仿生構(gòu)建相應(yīng)的識別體系，不斷提高分析方法的特異性、準確性和靈敏度，已成為解決上述問題的可行途徑。上世紀40年代PAULING提出了以抗原為模板制備抗體的理論，據(jù)此相關(guān)學(xué)者提出了分子印跡技術(shù)(molecular imprinting technology，MIT)，該技術(shù)是一種能特異性識別目標物質(zhì)的聚合物制備技術(shù)，采用該方法制備的聚合物為分子印跡聚合物(molecularly imprinted polymers，MIPs)，它不僅具有生物源抗體的特異性，還有聚合物優(yōu)良的理化穩(wěn)定性[3-4]。目前，依據(jù)仿生原理制備的MIPs已廣泛用于傳感器、固相萃取、色譜分離、模擬酶、模擬抗體、生物標志物、藥物分析和環(huán)境風(fēng)險物監(jiān)測等領(lǐng)域[5]。將仿生印跡技術(shù)與高靈敏傳感檢測相結(jié)合的新型傳感檢測方法融合了二者的優(yōu)點，能準確檢測復(fù)雜基體中痕量物質(zhì)的含量，為食品安全快速檢測提供了新思路。本文以仿生印跡傳感器為基礎(chǔ)介紹其原理、構(gòu)建及分類，綜述不同類型仿生印跡傳感器在食品安全快速檢測中的應(yīng)用，并對仿生印跡傳感器的現(xiàn)狀及前景進行總結(jié)和展望，為相關(guān)研究工作提供參考。

1 仿生印跡傳感器的構(gòu)建

仿生印跡傳感器將識別元件固定于轉(zhuǎn)換器上，與靶標結(jié)合后會產(chǎn)生特征信號，轉(zhuǎn)換器將信號輸出，實現(xiàn)定性定量檢測。MIPs作為仿生印跡傳感器的識別元件，與生物源識別元件相比，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強、構(gòu)效預(yù)定性好、識別特異性高及經(jīng)濟便捷等優(yōu)勢。研究發(fā)現(xiàn)MIPs的結(jié)構(gòu)和性能對檢測結(jié)果有重要影響，因此構(gòu)建性能良好的MIPs膜是傳感器特異性識別的關(guān)鍵[6]。目前MIPs膜的制備方法可分為直接法和間接法。間接法如涂覆法，先將MIPs顆粒分散在低沸點有機溶劑中，然后吸取少量懸浮液滴涂或旋涂在電極表面，溶劑揮發(fā)后即形成MIPs膜。該法制備的MIPs膜較為粗糙，厚度難以控制，從而導(dǎo)致傳質(zhì)受阻，響應(yīng)時間長，容易脫落，識別性能較低。直接法如原位聚合法和溶膠-凝膠法，將預(yù)聚合液滴在電極表面，在熱或光引發(fā)作用下進行聚合，通過這2種方法制備的MIPs膜不易脫落，不破壞識別位點結(jié)構(gòu)，識別性能好，彌補了涂覆法的缺陷，但聚合物膜的交聯(lián)度較高，不利于模板的洗脫。為解決上述問題，研究人員建立和發(fā)展了電聚合直接成膜法，應(yīng)用電化學(xué)法在電極上沉積MIPs層，通過循環(huán)伏安法實現(xiàn)MIPs膜厚度的可控調(diào)節(jié)，能夠制備超薄聚合物膜，有效促進模板的洗脫，改善傳質(zhì)受阻，但識別位點的均一性和有效性依然難以控制。

表面印跡法能在不同固相基體表面進行聚合反應(yīng)，也是一種直接成膜法，它能在MIPs或固相基底表面形成均勻分布的識別位點，有效避免了傳統(tǒng)MIPs識別位點包埋于內(nèi)部的缺陷，具有更高地分離效率和更快地響應(yīng)速度。EKMEN等[7]以Fe3O4磁性納米微球為基底，通過表面印跡法制備MIPs膜，構(gòu)建了仿生印跡表面增強拉曼散射傳感器。該研究制備的MIPs膜超薄，識別位點均勻，促進了印跡活性位點與電極之間的電子轉(zhuǎn)移，提高了靶標的識別效率和特異性。

2 仿生印跡傳感器的分類

2.1 仿生印跡電化學(xué)傳感器

仿生印跡電化學(xué)傳感器基于目標物與電極表面MIPs的結(jié)合作用，并將此作用轉(zhuǎn)換為電信號的一種傳感檢測器。該類傳感器具有響應(yīng)速度快、易于小型化和自動化等優(yōu)勢，但其靈敏度和穩(wěn)定性有待提高。在電化學(xué)分析中，MIPs的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性是影響響應(yīng)效果的關(guān)鍵因素。納米材料具有較大的比表面積、良好的導(dǎo)電性及穩(wěn)定性，可彌補MIPs均勻性差和電導(dǎo)率低的缺陷，改善其識別與響應(yīng)性能，進而提高傳感器的靈敏度。目前，碳納米材料、金屬納米粒子和金屬衍生納米材料等已廣泛用于MIPs的修飾[8]。LIU等[9]在多壁碳納米管修飾的電極上制備MIPs，與裸電極相比，修飾電極的電流信號提高了約3倍，檢出限可達1.5×10-9mol/L。碳納米管的多壁和多孔結(jié)構(gòu)提供了較大的比表面積，改善了印跡活性位點分布，促進了MIPs膜與電極之間的電子轉(zhuǎn)移，提高了傳感器的檢測性能。為進一步提高傳感器的靈敏度，YE等[10]以金納米摻雜的三維有機框架材料為基底，電聚合制備MIPs，修飾電極的表面積為未修飾電極的2.2倍，顯著增加了印跡識別位點，對諾氟沙星的檢出限可達1.3×10-11mol/L。與單納米材料相比，復(fù)合納米材料的靈敏度提高了近100倍，具有更高的電化學(xué)穩(wěn)定性和靈敏度，為仿生印跡電化學(xué)傳感器的構(gòu)建提供了新思路。此外，雙響應(yīng)仿生印跡傳感器的信號輸出不受外界環(huán)境的影響，避免了傳感系統(tǒng)和背景信號的潛在影響，可以有效提高傳感器的精確性和穩(wěn)定性[11]。CHAI等[12]以雙酚A為靶標，鄰苯二胺為功能單體，構(gòu)建了用于水中雙酚A檢測的雙響應(yīng)仿生印跡傳感器。未來可以設(shè)計具有層層組裝或核殼結(jié)構(gòu)的新型多維MIPs，將2種或2種以上的電活性探針分別置入不同的層狀或核殼結(jié)構(gòu)中，構(gòu)建新型多響應(yīng)仿生印跡電化學(xué)傳感器，并用于復(fù)雜食品樣品中靶物質(zhì)的檢測。

2.2 仿生印跡光學(xué)傳感器

仿生印跡光學(xué)傳感器基于靶標的光學(xué)屬性進行信號采集，可分為光化學(xué)和光電傳感器2種類型。仿生印跡熒光傳感器是光化學(xué)傳感器中最常用的一種，通過熒光響應(yīng)信號檢測目標分析物[13]。目前，常用的熒光物質(zhì)有熒光染料、量子點和碳點等[14]。與熒光染料相比，量子點和碳點具有高效的發(fā)光率與光穩(wěn)定性，彌補了熒光染料背景信號高、易光漂白及穩(wěn)定性差的缺陷。ZHOU等[15]開發(fā)了一種基于ZnSe量子點的MIPs紙基熒光傳感器，在旋轉(zhuǎn)紙基上制備MIPs，實現(xiàn)了水中重金屬鎘和鉛的多路檢測。該傳感器具有便攜和靈敏等優(yōu)勢，為食品危害物的現(xiàn)場檢測提供了新思路。但該傳感器只有1個熒光發(fā)射峰，在復(fù)雜基質(zhì)中易受干擾，導(dǎo)致其靈敏度和選擇性降低。為了減少基質(zhì)效應(yīng)的影響，研究人員開發(fā)了多通道仿生印跡熒光傳感器，其發(fā)射峰為2個或2個以上，可自校準，避免了外界干擾，具有更高的靈敏度和準確性[16]。WANG等[17]構(gòu)建了以紅色CdTe量子點為響應(yīng)信號、藍色CdTe量子點為參考信號的印跡比率熒光紙基傳感器，該方法是將藍色CdTe量子點嵌入到二氧化硅中，以此為基底通過表面印跡法制備了含紅色CdTe量子點的MIPs。當靶標存在時紅色熒光猝滅，藍色熒光不變，進而實現(xiàn)靶標的可視化檢測。紙基傳感器構(gòu)建便捷，成本低廉，實用性強，可用于痕量物質(zhì)的現(xiàn)場即時監(jiān)測。

除上述外，光化學(xué)傳感器還包括仿生印跡表面等離子共振和表面增強拉曼散射傳感器，與熒光傳感器相比，具有無標記、響應(yīng)時間短及光穩(wěn)定性好等優(yōu)勢。AKG?NüLLü等[18]將表面等離子共振技術(shù)和分子印跡技術(shù)結(jié)合，通過表面印跡法在金芯片表面制備MIPs，所構(gòu)建的傳感器可實時無標記監(jiān)測受體和靶標的相互作用，實現(xiàn)了無花果中赭曲霉毒素的無標記檢測。CHEN等[19]以ZnO@TiO2@Ag為基底，采用表面印跡法制備MIPs，構(gòu)建了一種高靈敏檢測發(fā)酵食品中組胺的表面增強拉曼散射傳感器。該傳感器無需任何標記即可測定靶標，縮短了分析時間，避免了標記物對檢測方法的影響。

另一種仿生印跡光學(xué)傳感器為光電傳感器，它基于靶標和光電材料之間的相互作用進行檢測，已有研究將其同智能手機和物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，CAPOFERRI等[20]基于氧化銥的電致變色特性，研制了一種用于毒死蜱檢測的新型印跡光電傳感器。氧化銥在氧化時變成藍黑色，在還原時變成無色，通過智能手機成像實現(xiàn)靶標的定量檢測，為食品中有害物質(zhì)的快速檢測提供了新思路。

2.3 仿生印跡質(zhì)量傳感器

仿生印跡質(zhì)量傳感器基于質(zhì)量變化進行檢測，具有快速、無標記和便攜等優(yōu)勢。該傳感器適用于不同種類的靶標，可實現(xiàn)光學(xué)或電化學(xué)非活性分析物的無標記檢測，在一定情況下可替代光學(xué)或電化學(xué)傳感器。CAKIR等[21]以2，4-二氯苯氧乙酸為靶標，構(gòu)建了仿生印跡石英晶體微天平傳感器，根據(jù)印跡膜表面的質(zhì)量變化，實現(xiàn)了蘋果中2，4-二氯苯氧乙酸的無標記檢測。但個別靶標在識別元件表面的質(zhì)量變化較小，傳感信號較弱，導(dǎo)致檢測結(jié)果不準確。有研究將石英晶體微天平與電化學(xué)方法結(jié)合，通過識別元件表面的電流響應(yīng)或質(zhì)量變化實現(xiàn)目標分析物的多通道監(jiān)測，彌補了這一缺陷[22]。YUN等[23]構(gòu)建了一種基于石英晶體微天平的仿生印跡電化學(xué)傳感器，以金剛烷胺為靶標，鄰氨基噻吩為功能單體，在石英晶體微天平上電聚合制備MIPs，通過電流和質(zhì)量變化監(jiān)測目標分析物，結(jié)果表明，在實際樣品中的檢出限可達5.4×10-9mol/L，加標回收率為90.4%～94.7%，檢測結(jié)果與高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法高度一致。目前，關(guān)于界面變量影響信號傳感的機理仍不清晰，未來應(yīng)結(jié)合其他檢測技術(shù)，構(gòu)建多通道、靈敏及便攜的仿生印跡質(zhì)量傳感器。

2.4 仿生印跡納米酶傳感器

納米酶是一種具有類酶活性的物質(zhì)，具有成本低、穩(wěn)定性好及催化活性高等優(yōu)勢，可替代天然酶，已用于仿生印跡傳感器的構(gòu)建。WANG等[24]以MIPs為仿生抗體，鉑納米酶為標記物，建立了一種快速檢測食品中組胺的直接競爭仿生免疫分析法。該方法合成的納米酶，克服了天然酶穩(wěn)定性差、印跡識別率低及成本高等不足，所構(gòu)建的仿生印跡傳感器可用于醬油、醋及蝦中組胺的監(jiān)測。LI等[25]提出了一種基于MIT和酶放大技術(shù)的仿生印跡電化學(xué)發(fā)光檢測方法，如圖1所示。該方法以氯霉素為靶標，將帶有電化學(xué)發(fā)光基團的共價有機骨架和Co3O4納米酶修飾于金電極表面，在磷酸緩沖液中制備MIPs，構(gòu)建了用于雞肉中氯霉素殘留檢測的仿生印跡傳感器。其中，Co3O4納米酶促進了H2O2的水解和電子的轉(zhuǎn)移，增強了電致發(fā)光信號，實現(xiàn)了復(fù)雜基質(zhì)中靶標的高靈敏和高特異性檢測。未來仍需進一步探索納米酶的構(gòu)效關(guān)系及增敏特性，開發(fā)多功能及廣泛適用性納米酶，進一步充實傳感信號放大理論內(nèi)涵和技術(shù)實現(xiàn)途徑。

圖1 仿生印跡納米酶傳感器的構(gòu)建Fig.1 Construction of biomimetic imprinted nanozyme sensor

上述幾種仿生印跡傳感器均通過MIPs識別元件進行靶標的識別和檢測，但信號轉(zhuǎn)換的原理和方式有所不同，具體的分類和構(gòu)建模式如圖2所示。仿生印跡電化學(xué)傳感器將目標分析物與MIPs膜的相互作用轉(zhuǎn)換成可測量的電信號，通過電容、電流、電位和電導(dǎo)率的變化測定靶標含量，如圖2-a所示。仿生印跡光學(xué)傳感器，通過識別前后光信號(包括熒光光譜、等離子體共振光譜、拉曼光譜和電化學(xué)發(fā)光等)的改變進行靶標的分析與檢測，檢測過程見圖2-b。仿生印跡質(zhì)量傳感器依據(jù)目標分析物與MIPs結(jié)合后壓電材料表面的質(zhì)量變化進行測定，具體過程見圖2-c。仿生印跡納米酶傳感器基于酶催化作用，放大檢測體系的傳感信號，實現(xiàn)靶標的測定，構(gòu)建方法和模式如圖2-d所示。

圖2 仿生印跡傳感器的構(gòu)建模式及原理[7,26-28]Fig.2 Construction models and principles of biomimetic imprinted sensors[7,26-28]

不同種類仿生印跡傳感器的主要靶標、檢測優(yōu)勢及實際樣品如表1所示。其中仿生印跡電化學(xué)傳感器的構(gòu)建便捷，經(jīng)濟實用，適合靶標的現(xiàn)場即時檢測；仿生印跡光學(xué)傳感器檢出限低、準確性高和抗干擾性強，在多通道和可視化檢測方面報道較多；仿生印跡質(zhì)量傳感器在生物大分子的實時監(jiān)控方面獨具優(yōu)勢；仿生印跡納米酶傳感器能夠高效和穩(wěn)健地級聯(lián)放大傳感信號，有利于超痕量物質(zhì)的即時檢測。在食品安全快速檢測中，要根據(jù)待測物的性質(zhì)和檢測環(huán)境，構(gòu)建適宜的傳感識別和信號放大模式，才能適應(yīng)食品安全監(jiān)控的需求，保障食用安全和人類健康[29-30]。

表1 不同種類仿生印跡傳感器的比較Table 1 Comparison of different types of biomimetic imprinted sensors

3 仿生印跡傳感器的應(yīng)用

3.1 仿生印跡傳感器在肉品監(jiān)測中的應(yīng)用

肉類食品消費量大，危害物安全風(fēng)險大，其中獸藥及飼料添加劑殘留最為常見。仿生印跡傳感器在肉品危害物監(jiān)測中的具體應(yīng)用見表2。趙玲鈺等[31]構(gòu)建了用于肉品中磺胺嘧啶監(jiān)測的仿生印跡電化學(xué)傳感器，樣品經(jīng)乙腈提取，離心取上清液測定，結(jié)果表明其在豬肉和蝦中的檢出限為3.3×10-9mol/L，加標回收率為83.5%～97.8%，相對標準偏差低于4.0%，與高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法相比，檢出限低了近40倍[32]。ZHANG等[33]以酪胺為靶標，氨基丙基三乙氧基硅烷為功能單體，制備了MIPs，以其為基礎(chǔ)分別建立了仿生印跡傳感和固相萃取-高效液相色譜檢測方法，并對比了這2種方法在發(fā)酵肉制品中的檢測性能。結(jié)果表明，二者的檢測結(jié)果一致，在實際樣品中的加標回收率分別為90.0%～114.0%和86.0%～93.0%，相對標準偏差分別為5.2%和1.2%。仿生印跡傳感檢測方法的樣品前處理較為簡便，較高效液相色譜法省略了3個處理步驟，具有便捷、特異和靈敏等優(yōu)勢，尤其適用于現(xiàn)場即時檢測。

樣品的前處理是仿生印跡傳感檢測的關(guān)鍵步驟。目前，相關(guān)的前處理過程主要包括提取和凈化2個階段，提取主要采用有機溶劑萃取，而后經(jīng)離心、液液萃取或固相萃取等方法進行凈化，一些靶物質(zhì)的檢測可以直接對提取液進行即時檢測，避免了繁瑣的樣品凈化過程，發(fā)揮了印跡傳感識別的特異和快速等優(yōu)勢。在實際的應(yīng)用過程中，也有個別方法對靶標的標準溶液檢測效果好，對實際樣品的監(jiān)測效果不盡如人意。此類問題主要通過提高傳感識別元件的特異性或優(yōu)化樣品凈化過程來解決，如PENG等[39]使用分子印跡固相萃取柱處理樣品，以減少樣品基質(zhì)和干擾物的影響，提高檢測方法的特異性和靈敏度。此外，還可

表2 仿生印跡傳感器在肉品檢測中的應(yīng)用Table 2 Application of biomimetic imprinting sensor in the detection of meat products

以通過稀釋樣品提取液或建立樣品校正曲線等方法消減肉品基質(zhì)效應(yīng)的干擾。未來，通過創(chuàng)新樣品前處理方法，并不斷提高仿生印跡傳感檢測方法的性能，可以實現(xiàn)肉品中危害物的高效監(jiān)控。

3.2 仿生印跡傳感器在蛋品監(jiān)測中的應(yīng)用

我國是養(yǎng)禽大國，禽蛋產(chǎn)量位居世界首位，蛋品質(zhì)量安全問題已引起各方高度重視。仿生印跡傳感器應(yīng)用于蛋品危害物的監(jiān)測，取得了良好的效果，具體應(yīng)用見表3。HE等[40]建立了雞蛋中蘇丹紅仿生印跡傳感檢測方法，樣品均質(zhì)后，經(jīng)乙腈提取，離心取上清液測定。結(jié)果表明，該方法在雞蛋樣品中的檢出限可達1.0 pg/mL，加標回收率為70.5%～92.2%，比高效液相色譜法的檢出限低了近千倍。唐錄華等[41]以己烯雌酚為靶標，對巰基苯胺為功能單體，建立了雞蛋中己烯雌酚的仿生印跡電化學(xué)傳感分析方法，樣品經(jīng)乙腈提取，離心取上清液，經(jīng)稀釋后即時檢測。結(jié)果顯示，實際樣品中的檢出限為3.3×10-10mol/L，加標回收率為83.4%～98.2%，電極可連續(xù)使用20次，檢測結(jié)果與儀器方法高度一致。盡管樣品稀釋在一定程度上減小了干擾物的濃度，但基質(zhì)干擾依然會影響信號的感應(yīng)與放大。因此，進一步優(yōu)化樣品的前處理方法，降低信號干擾水平，是提升檢測方法性能的重要途徑。YAN等[42]使用分子印跡基質(zhì)固相分散技術(shù)處理樣品，集樣品均質(zhì)、提取和純化于一體，減少了萃取溶劑的使用量，降低了基質(zhì)干擾，比未經(jīng)其處理的檢出限低了近2倍。該方法操作簡便，提取率高，適合高黏度、高脂肪和高蛋白樣品中靶物質(zhì)的選擇性提取。目前，仿生印跡傳感檢測過程中，主要通過有機溶劑提取、離心和理化方法除雜。今后，應(yīng)充分研究靶標與蛋品組分的互作情況，結(jié)合仿生傳感識別技術(shù)，研究和開發(fā)蛋品痕量危害物高效富集技術(shù)。

表3 仿生印跡傳感器在蛋品檢測中的應(yīng)用Table 3 Application of biomimetic imprinting sensor in the detection of egg products

3.3 仿生印跡傳感器乳品監(jiān)測中的應(yīng)用

我國乳業(yè)發(fā)展迅速，是世界上乳制品消費最大的潛在市場，近年來的安全問題備受關(guān)注。仿生印跡傳感器在乳品危害物監(jiān)控中具有廣闊的應(yīng)用前景，在實際樣品中的應(yīng)用見表4。AKYILDIRIM等[46]構(gòu)建了一種基于鉑電極的仿生印跡電化學(xué)傳感器，用于乳品中氯霉素的檢測。樣品經(jīng)乙酸乙酯提取，離心后測定，在牛奶樣品中的檢出限為4.0×10-10mol/L，加標回收率為97.0%～105.0%，相對標準偏差低于4.0%。通過改變識別元件的制備方法，構(gòu)建雙識別仿生傳感體系，可進一步提升檢測性能。ROUSHANI等[47]以氯霉素為模板分子，間苯二酚為功能單體，建立了仿生印跡適配體雙識別電化學(xué)傳感檢測方法，樣品經(jīng)磷酸鹽緩沖溶液提取后，直接測定。結(jié)果表明在牛奶樣品中的檢出限為3.0×10-13mol/L，加標回收率為98.0%～105.0%，相對標準偏差為3.5%。與單識別模式相比，檢出限低了近1 300倍。這說明在仿生印跡傳感器的構(gòu)建中引入新的識別元件，可以增強傳感識別的特異性和準確性，減小基質(zhì)效應(yīng)對檢測結(jié)果的影響。此外，還可以通過優(yōu)化樣品前處理過程，提高方法的特異性和靈敏度。LI等[48]以酪胺為靶標，玉米醇溶蛋白為交聯(lián)劑，將分子印跡固相萃取與電化學(xué)檢測技術(shù)結(jié)合，建立了用于牛奶中酪胺的仿生印跡傳感檢測方法。該方法通過分子印跡固相萃取柱選擇性富集牛奶中的酪胺，有效避免了樣品基質(zhì)效應(yīng)和其他物質(zhì)的干擾，實際樣品加標回收率達93.6%～102.4%。目前，乳品中危害物的存在形式和變化規(guī)律還需深入探討，乳品基質(zhì)干擾機理還不明確，對傳感識別過程的影響還需進一步分析。今后，應(yīng)進一步簡化樣品前處理過程，研究和開發(fā)適合乳品極性化學(xué)環(huán)境中靶標的直接監(jiān)測技術(shù)。

表4 仿生印跡傳感器在乳品檢測中的應(yīng)用Table 4 Application of biomimetic imprinting sensor in the detection of dairy products

3.4 仿生印跡傳感器在果蔬監(jiān)測中的應(yīng)用

果蔬是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚母笔称?，是僅次于糧食的重要農(nóng)產(chǎn)品。仿生印跡傳感識別方法在果蔬危害物監(jiān)測中獨具優(yōu)勢，具體應(yīng)用見表5。NAGABOOSHANAM等[52]以毒死蜱為模板分子，吡咯為功能單體，構(gòu)建了檢測黃瓜和石榴中毒死蜱的仿生印跡電化學(xué)傳感器。樣品經(jīng)粉碎和離心后，取上清液測定。結(jié)果表明，在實際樣品中的檢出限可達9.3×10-13mol/L，加標回收率為91.0%～97.0%，相對標準偏差低于5.0%，比超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法的檢出限低了近800倍[53]。仿生印跡傳感識別方法的性能指標與樣品前處理方法密切相關(guān)，選擇合適的樣品前處x理過程，減少干擾物和樣品基質(zhì)的影響，是提高方法特異性和靈敏度的通用方法。MIAO等[54]以多巴胺為功能單體，建立了蘿卜中二氯二苯三氯乙烷監(jiān)測的仿生印跡傳感檢測方法。樣品提取液經(jīng)分子印跡固相萃取柱富集和純化后，實現(xiàn)了特異性凈化和識別，避免了離心和過濾等操作步驟，具有操作簡單、提取率高及可重復(fù)使用等優(yōu)勢。在實際樣品中的加標回收率為89.0%～102.0%，相對標準偏差為3.9%～5.5%。當前，果蔬樣品中危害物的分布及轉(zhuǎn)化特征還需進一步深入研究，危害物與樣品基質(zhì)的相互作用仍需探討。未來應(yīng)在已有研究的基礎(chǔ)上，構(gòu)建果蔬原位采樣和仿生印跡傳感監(jiān)測技術(shù)體系，推動果蔬產(chǎn)品安全的實時監(jiān)控與追溯。

表5 仿生印跡傳感器在果蔬檢測中的應(yīng)用Table 5 Application of biomimetic imprinting sensor in the detection of fruits and vegetables

3.5 仿生印跡傳感器在微生物及其毒素監(jiān)測中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的微生物檢測方法需要增菌培養(yǎng)，耗時長，成本高，仿生印跡傳感器具有檢測速度快，操作簡單及實用性強等優(yōu)勢，已廣泛用于細菌、病毒、真菌及其毒素的快速檢測，具體應(yīng)用見表6。IDIL等[59]構(gòu)建了檢測大腸桿菌的仿生印跡電化學(xué)傳感器，樣品稀釋后直接測定，縮短了分析時間，檢出限可達70.0 CFU/mL，實現(xiàn)了蘋果汁中大腸桿菌的實時監(jiān)測。微生物結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，形貌多樣，印跡困難，為了解決這一難題，可印跡相關(guān)的生物標志物進行間接識別。RAZIQ等[60]以新型冠狀病毒核蛋白為靶標，構(gòu)建了檢測新型冠狀病毒肺炎的仿生印跡電化學(xué)傳感器。樣品經(jīng)裂解液提取稀釋后測定，檢出限為1.5×10-14mol/L，檢測過程還能與智能手機聯(lián)用，為食源性新型冠狀病毒肺炎的現(xiàn)場監(jiān)控和智能分析提供了新思路。SERGEYEVA等[61]以2，4-二羥基苯甲酸環(huán)十二烷酯為虛擬模板，構(gòu)建了玉米赤霉烯酮仿生印跡熒光傳感器，建立了競爭和非競爭兩種傳感識別模式，樣品經(jīng)乙腈提取后測定，檢出限依次為1.0 μg/mL和10.0 ng/mL，檢測結(jié)果與高效液相色譜法高度一致。該研究通過改變傳感識別模式，增強了傳感檢測方法的特異性和準確性，降低了交叉反應(yīng)性和基質(zhì)干擾，靈敏度提高了近100倍。目前，微生物及其毒素的印跡仍存在模板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，難以獲取，影響因素多，印跡效率低，識別性能尚待提高等挑戰(zhàn)。未來需深入研究微生物的印跡識別靶點和識別機理，尋找毒素的虛擬模板，推動食品中微生物及其毒素的實時和智能監(jiān)控。

表6 仿生印跡傳感器在微生物及其毒素檢測中的應(yīng)用Table 6 Application of biomimetic imprinting sensor in the detection of microorganisms and toxins

仿生印跡傳感器在不同基質(zhì)中危害物的快速監(jiān)測中均有應(yīng)用，已取得較大進展，但相關(guān)的識別機理、信號干擾的處理及危害物與基質(zhì)的相互作用等方面還需深入探討，相關(guān)的仿生識別技術(shù)和產(chǎn)品的開發(fā)及應(yīng)用尚待進一步優(yōu)化和孵化。隨著信息技術(shù)和相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，可視化、網(wǎng)絡(luò)化、便攜式及可大批量生產(chǎn)的仿生印跡傳感器將會成為新的研究熱點和發(fā)展方向。

4 結(jié)語

仿生印跡傳感器作為一種新的檢測平臺，由于其檢測速度快、操作簡單以及成本低等優(yōu)勢，在食品安全檢測中得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。雖然仿生印跡傳感器已用于不同食品中痕量物質(zhì)的高靈敏檢測，但在實際應(yīng)用中仍面臨一些問題和挑戰(zhàn)，如：仿生印跡傳感器的構(gòu)建方法較為單一，高性能識別元件的研制困難，識別機理不明確；適用于水相的印跡識別體系還難以滿足需求；信號放大及干擾處理技術(shù)還需深入研究；生物大分子仿生印跡與識別仍具有一定的挑戰(zhàn)性。

今后，應(yīng)繼續(xù)研制和開發(fā)新型功能單體、交聯(lián)劑和綠色反應(yīng)介質(zhì)，優(yōu)化仿生印跡傳感器的構(gòu)建方法和檢測條件，探討傳感識別機理與信號增強途徑，改進樣品前處理方法，實現(xiàn)高效、特異、靈敏和穩(wěn)健監(jiān)測，為食品安全和人類健康提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。