免疫传感器在农产品快速检测中的应用进展

左 雄

(四川省自贡市沿滩区农牧林业局，四川 自贡 643003)

免疫传感器在农产品快速检测中的应用进展

左 雄

(四川省自贡市沿滩区农牧林业局，四川 自贡 643003)

本文介绍了免疫传感器的基本组成和工作原理，综述了其在农产品质量安全快速检测中的应用，针对免疫传感器应用中的缺点，讨论了免疫传感器的发展方向。

免疫传感器；农产品安全；快速检测

我国农产品质量安全已经取得了很大提高，但仍存在一些问题。农产品来源广泛，监管困难，急需快速检测和在线检测技术的普及和应用。免疫传感器(Immunosensor)是免疫测定方法与传感技术相结合而构建的一类新型生物传感器[1]，根据体内抗体和抗原之间能发生特异性的结合反应，通过传感技术将这种结合发生时产生的信号检测出来，可以应用于农产品中痕量免疫原性物质的检测。

1 免疫传感器概述

1.1 免疫传感器发展简史

1975年，Janata报道的免疫电极可以视为免疫传感器(Immunosensor)的雏形，Herry等于1990年第一次提出了免疫传感器的概念[1]。免疫传感器是生物传感器的一种，生物传感器是使用固定化的生物分子，结合换能器，用来检测生物体内和体外的化学物质或与之特异性作用后产生响应的一种装置[2]。免疫传感器则是根据生物体内抗原-抗体特异性结合并导致化学变化而设计的生物传感器，主要由感受器、转换器和放大器组成[3]。

1.2 免疫传感器工作原理

根据其工作原理，免疫传感器分为两类，即标记性免疫传感器和非标记性免疫传感器。前者是利用待测抗原(或抗体)与传感器表面的抗体(或抗原)发生特异结合时直接产生光电信号；后者则选用一定的标记物，比如酶、荧光试剂、化学发光试剂、同位素、核糖体、红细胞或金属标记物等，标记物可使免疫反应产生易测定的信号[4]。

1.3 免疫传感器特点和类型

农产品检测的常规方法主要有GC、GC-MS、HPLC、LC、AAS、HPLC-MS、MS-MS、紫外、红外等。传统方法可靠性高，但有一些明显的不足，比如仪器成本昂贵、前处理复杂和检出时间长。相比较而言，免疫传感器具有以下显著的优点：抗原与抗体之间是特异性结合，不容易受其他干扰，检出限低；整个检测过程仅需要几分钟至几十分钟，属便携式设备，适合在线操作。

目前常用的传感器主要有：电化学免疫传感器、酶免疫传感器、光化学免疫传感器、表面等离子共振免疫传感器、压电晶体免疫传感器、免疫芯片技术等[5-7]。

2 在农产品快速检测中的应用

2.1 微生物与毒素的检测

Bourette等利用FIA免疫传感器测定E.coli，原理是E.coli抗体与经戊二醛活化的有孔氨丙基玻璃珠共价结合，构成免疫传感器，整个检测过程不足30min，检出限为5×107CFM/mL；Chang等使用光纤免疫传感器，通过检测金黄色葡萄球菌产生的蛋白A，间接测定葡萄球菌[4,8]。

Paul Leonard等将多克隆免抗李斯特菌抗体与已经热致死的李斯特菌混合，发生抗原抗体的结合，分级离心出已连接的抗体，未发生结合的抗体与与李斯特菌浓度呈负相关，该方法检出限与ELISA相当[4]。据相关报道，巴塞罗那Autònoma大学(UAB)研究小组开发出治致病体检测传感器，可以迅速准确地确定食品中致病菌类型。纳米技术为监控提供了可能性，为了测试蛋黄酱样品中的沙门氏菌，探头就携带有这种细菌的DNA片段，可以确定该细菌的基因组。

农产品中的毒素具有种类多，来源广的特点，既有生物体自身携带的(如河豚毒素、雪卡毒素、贝类毒素)，也有食品中的微生物代谢过程中产生的(如黄曲霉毒素、伏马菌素)，免疫传感器已被广泛应用于生物毒素的检测(见表1)。

表1 免疫传感器检测生物毒素的应用举例[4]

2.2 农药和兽药残留的检测

常见的农药残留包括有机磷农药、有机氯农药、氨基甲酸酯类农药和拟除虫菊酯农药残留等；常见的兽药残留有抗生素残留、磺胺类药物残留、激素类残留、硝基呋喃类残留等。

Sternesjoes等[6,9]采用表面等离子体共振(SPR)免疫传感器快速测定脱脂牛奶和生牛奶中硫胺二甲嘧啶残留物，检出限低于1μg/mL，相对标准差为2%，而且该传感器经NaOH处理后可重复使用。Zhao等[6,10]用多克隆抗多氯化联苯(PCB)抗体制作敏感膜光纤免疫传感器，并对农产品中的PCB进行检测，检出下限为10ng/mL，时间仅几十秒钟到几分钟。Brummel等[6]用菌氯酸酐乙酸(CCA)和抗CCA抗体制成一种光纤维免疫生物传感器，能够检测出ppb水平下的环双乙烯农药残留(如氯丹、七氯、氯甲桥萘等)。

3 免疫传感器的研究现状及发展趋势[11]

国内很多高校和科研单位从事免疫传感器的研究，主要有南京大学、华东师范大学、湖南大学、上海师范大学、西南大学和中科院长春应化所等。目前，免疫传感器研究在国内还处于基础阶段，距离实际应用还有很长的路要走，特别是有关食品的免疫传感器的研究还不够多且不够深入。中国食品安全重大科技专项行动把食品检测免疫传感器的研发列为重点项目，研究范围涉及到食品中常见肠道致病菌、生物毒素、农残和兽残等。

3.1 免疫传感器存在的主要问题

抗原、抗体固定化技术/敏感膜修饰方法还不够成熟，主要表现在稳定性差，可重复检测次数少，有待进一步完善；免疫传感器的灵敏度还要提高，以保证检测的准确性和精确性；生物相应的稳定性是一个重要的因素，生物传感器在使用中都有信号下降的问题，变异系数可达5%～15%；酶的价格一般比较昂贵，抗体的的种类有限且制备过程费时费力，因此需要寻求新的基因工程生产技术；电极成本与电极再生问题；免疫传感器电极的性质、体积以及电极材料的成本，是商业化的关键，当前的免疫传感器不容易批量生产，仅局限于实验室应用[11]。

3.2 免疫传感器的发展趋势

免疫传感器的发展趋势主要呈现以下几个特点：标记物的层出不穷，从酶、荧光发展成胶乳颗粒、胶体金、磁性颗粒和金属离子等；随着丝网印刷技术的成熟，其灵敏度、稳定性、简便性将进一步提高；与计算机连用，向智能化、操作自动化方向发展；廉价的一次性免疫传感器潜力巨大；可在电极上固定多种抗体，从而同时进行多元测定；在食品、医学、环境和发酵等领域的应用将更加广泛。虽然国内传感器的研究单位较多，但传感器知名生产企业却寥寥无几[6]。传感器研究与应用的脱节，导致中国传感器长期依赖进口。因此，如何将国内传感器产业做大做强是传感器工作者的当务之急,中国传感器商品化和产业化进程任重而道远。

[1] 温志立，汪世平，沈国励.免疫传感器的发展概述[J].生物医学杂志，2001，18(4):642-646.

[2] 耿敬章，仇农学.生物传感器及其在食品农药残留检测中的应用[J].粮油食品科技，2005.1(13):42-43.

[3] 司士辉.生物传感器[M].北京:化学工业出版社，2003.63-82.

[4] 刑少璟，刘洁生.免疫传感器在食品污染检测中的应用[J].食品科学，1999，8:6-8.

[5] 李业梅，代月.生物传感器的应用和发展趋势[J].郧阳师范高等专科学校学报，2004.6(24):3.

[6] 刑丰峰，赵广英.免疫传感器在食品检测中的应用及相关思考[J].食品研究与开发，2006.27(3):98-99.

[7] 陈福生，高志贤，王建华.食品安全检测与现代生物技术[M].北京:化学工业出版社，2004:162-182.

[8] Chang Y·H,etal.BiosciBiotechbiochem[M].1996，60(10):1571-1574.

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

[10] 第九届全国化学传感器学术会议论文集[M].2005.

[11] 汤琳，曾光明，黄国和,等.免疫传感器用于环境中痕量有害物质检测的研究进展环境科学[J].2004，7(4):170-176.

2015-01-17

左雄，男，工学学士，主要从事农产品安全检测工作。