农药残留快速检测生物传感器研究进展_朱赫

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1、沈阳农业大学学报（社会科学版），2013－03，15(2)：129-133JournalofShenyangAgriculturalUniversity（SocialSciencesEdition），2013－03，15(2)：129-133DOI：10.3969/j.issn.1008-9713.2013.02.001农药残留快速检测生物传感器研究进展朱赫，纪明山（沈阳农业大学植物保护学院，辽宁沈阳110161）摘要：迄今为止，农药残留快速检测用途生物传感器主要有酶生物传感器和免疫生物传感器两大类，农药残留快速检

2、测用途酶生物传感器又包括胆碱酯酶、酪氨酸酶、碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、过氧化物酶、有机磷水解酶和谷胱甘肽巯基转移酶等七种类型，主要用于蔬菜、水果，以及食品中农药残留的快速检测。农药残留快速检测用途免疫生物传感器主要包括电化学、光学、压电和微机械悬臂梁四种类型，可以直接用于饮用水、果汁和葡萄酒等农药残留快速检测。关键词：农药残留；快速检测；生物传感器；酶生物传感器；免疫生物传感器中图分类号：S481.8；TP212.3文献标志码：A文章编号：1008-9713（2013）02-0129-05一、生物传感器问题的提出目前

3、，中国食品安全已被空前地提到国家重视的高度，果蔬和肉禽等大宗农产品或食品快速检测技术成为衡量和监管食品安全的关键手段和措施。伴随科学技术的发展，生物酶、抗原抗体、全细胞、基因等生物活性物质均可用于生物传感器中生物分子识别元件制作，但用于食品中农药残留快速检测用途的生物传感器主要有酶生物传感器和免疫生物传感器两大类型，而包括微生物、动植物组织等全细胞生物传感器和基因生物传感器在农药检测方面应用研究很少。而且，全细胞生物传感器在农药检测方面的应用研究主要针对水资源污[1][2]染监控，基因生物传感器在农药检测方面应用研

4、究主要针对农药引起的DNA损伤检查，两者在食品中农药残留快速检测上应用尚属空白，因此，就用于农药残留快速检测用途的酶生物传感器和免疫生物传感器的研究进展和应用情况做较详细的综述，旨在为农业领域生物传感器未来应用和发展提供一个清晰的研究背景。二、酶生物传感器发展概况迄今为止，已有胆碱酯酶、酪氨酸酶、碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、过氧化物酶、有机磷水解酶和谷胱甘肽巯基转移酶等七种活性酶被用于制作酶生物传感器，进行农药残留快速检测。其中前五种酶制作的酶生物传感器是测量酶抑制作用，而后两种是酶制作的酶生物传感器，直接测量酶促反应

5、中所涉及的化合物。（一）胆碱酯酶生物传感器胆碱酯酶生物传感器是最早开发并且得到最广泛使用的酶生物传感器，主要用于有机磷和氨基甲酸酯类农药残留快速检测。从分子识别元件上的敏感材料角度，可分为单酶、双酶和三酶共三种类型。从信号转换元件角度，主要有电位型、电流型、离子选择性场效应管型、光学型、压电型等多种类型。1.单酶型胆碱酯酶生物传感器乙酰胆碱酯酶(AChE)和丁酰胆碱酯酶(BuChE)常用底物乙酰胆碱或丁酰+胆碱水解时都能电离出H，使溶液pH值发生变化，该变化值与消耗的活性物质浓度对数成正比，检测pH便可得待测物质的

6、浓度。因此，可利用电化学方法，如电位测定法来检测，常用玻璃pH电极或对溶液pH值变化敏感的金属氧化物电极作基底电极，通过检测pH值变化来间接测定有机磷农药，其中，pH玻璃电极最简单、[3]廉价。使用人造底物硫代乙酰(丁酰)胆碱代替乙酰(丁酰)胆碱，这两种人造底物酶促水解生成的电活性硫代胆+碱可以在Pt、玻碳等阳电极表面氧化，可设计成电流型酶电极。对H敏感的离子选择性场效应管(ISFET)也是-6[4]制备胆碱酯酶生物传感器时常采用的信号转换器。它比玻璃电极检测灵敏度高，检测限可达10mol/L，响应收稿日期：201

7、3-02-03基金项目：沈阳市大型仪器共享项目（2007GX-02）作者简介：朱赫（1987-），女，沈阳农业大学博士研究生，从事农药学研究。通讯作者：纪明山（1966-），男，沈阳农业大学教授，博士，从事农药学研究。·130·沈阳农业大学学报（社会科学版）第15卷速度快且不会随电极寿命而改变。光学胆碱酯酶生物传感器主要如下原理构建：在AChE水解底物乙酰胆碱过[5]程中，生成的乙酸引起溶液pH降低，可引起溴甲酚紫、氯酚红等pH指示剂的颜色变化；ChE抑制剂可引起竞[6]争性抑制剂单磺酸基四苯基卟啉(TPPS1)与

8、AChE复合物的吸收光谱发生变化，即在412nm处吸光度降低；AChE催化乙酰巯基胆碱水解产物巯基胆碱可作为半导体材料价带空穴的电子施主，在AChE抑制剂存在情[7]况下，AChE催化活性受到抑制，水解产物巯基胆碱量降低，引起光电流减小。压电胆碱酯酶传感器是将AChE固定在石英微天平晶体表面制成。石英晶体微天平(QCM)传感器是质量敏感装置，能够测量极小的质