基于光学传感器的农药精准识别检测技术研究进展

刘蓓蓓, 翟荣启, 张 杰, 刘广洋, 黄晓冬, 吕 军, 刘俊江,许晓敏, 李凌云, 张延国, 陈 鸽*,, 徐东辉*,

(1.中国农业科学院 蔬菜花卉研究所，蔬菜生物育种全国重点实验室，农业农村部蔬菜质量安全控制重点实验室，北京 100081；2.北京农学院 植物科学技术学院，北京 102206)

农药在提高农作物产量和质量方面发挥了重要的作用。然而，对农药的误用和滥用，导致农产品中农药残留超标，进入环境中的农药不仅对土壤、大气等造成污染，而且通过食物链富集到人体内后，可能对人体的内脏器官、神经系统、生殖系统及血液系统产生毒害作用[1-3]。因此，为保障人类健康和减少环境污染，对农药残留的检测成为必要。

农药残留检测技术主要包括确证检测技术和快速检测技术，确证检测技术包括气相色谱法[4]、高效液相色谱法[5]、气相色谱-串联质谱法[6]和高效液相色谱-串联质谱法[7]等，这些技术虽然灵敏度高、准确性好及重现性高，但这些检测技术依赖于大型昂贵的仪器、前处理复杂以及需要专业的技术人员，不适合现场快速检测[8]。而农药残留快速检测方法可实现现场快速检测，根据识别农药的范围界定可划分为特异性检测和非特异性检测，特异性检测法是指能特异性捕获一种或特定几种农药分子，而非特异性检测是指可识别某一类或者几类农药。其中，酶抑制法是研究成熟且应用广泛的非特异性农药残留快速检测技术[9]，其原理主要基于有机磷和氨基甲酸酯类农药对乙酰胆碱酯酶活性的抑制，进而影响酶促反应中酶与底物的显色反应[10]。酶抑制法操作简单、检测速度快、成本低，但该方法主要检测有机磷和氨基甲酸酯类农药，可检测的农药种类少，且易造成假阳性[2]。而特异性检测方法具有稳定性好、耗时短、特异性好、重现性高等优点，主要包括酶联免疫吸附法和胶体金免疫层析法，已广泛应用于农药残留检测[11]。

除酶联免疫吸附法[12]和胶体金免疫层析法[13]两种特异性检测方法外，基于光学传感器的农药分子精准识别技术既具有光学检测技术的高灵敏度[14]，又具有分子识别元件 (抗体[15]、适配体[16]、分子印迹聚合物[17]、金属有机框架[18]) 的高特异性，受到了高度关注。光学传感器主要包括识别农药的分子识别元件以及信号传导元件[19]。基于光学传感器的农药分子精准识别技术具有操作简单、污染小、高效、稳定性高、特异性强、可靠性高等优点，可实现高准确性和高灵敏性的农药残留检测。

近年来，研究人员发现了许多精准识别元件，如抗体、适配体、分子印迹聚合物和金属有机框架等，以及诸多基于光学传感器的检测方法，如比色法、荧光法、化学发光法、表面增强拉曼光谱以及表面等离子体共振法等[20]。很多学者对精准识别元件和各种光学传感器进行了归纳总结，比如：2020 年Jia 等[21]详细介绍了抗体、适配体和分子印迹聚合物的制备以及在农药和兽药中的应用；2021 年，Majdinasab 等[14]综述了以抗体、适配体以及分子印迹聚合物为识别元件的非酶生物传感器；同时，Fang 等[22]介绍了以分子印迹聚合物为识别元件的光学传感器及其在农药检测中的应用；2022 年，Khosropour[23]等介绍了以适配体为识别元件的电化学、电化学发光、荧光以及比色传感器及其应用。全面地从抗体、适配体、分子印迹聚合物以及金属有机框架等精准识别的角度对光学传感器检测农药残留进行综述却较为少见。本综述全面地介绍了常见的农药分子精准识别元件，重点阐述了基于光学传感器的农药分子精准识别技术在农药残留检测中的应用，进一步对比了比色、荧光、化学发光、表面增强拉曼光谱以及表面等离子体共振检测方法的优缺点，最后展望了基于光学传感器的农药分子精准识别技术的发展趋势。

1 精准识别概述

精准识别，是指特异性的识别，即农药识别元件只与目标物农药相互作用，农药残留检测的精准识别在提高特异性方面发挥着举足轻重的作用。精准识别农药的分子识别元件有抗体、适配体、分子印迹聚合物以及金属有机框架等。

1.1 抗体

抗体是能与抗原特异性结合的免疫球蛋白，主要特征为高亲和力[14]。目前，特异性识别的光学传感器常用的分子识别元件是抗体，根据抗体的合成方式及其选择性，可以将其分为单克隆抗体、多克隆抗体、重组抗体[24]和纳米抗体。通常采用杂交瘤技术制备单克隆抗体，单克隆抗体只能与特定抗原表位的抗体特异识别；多克隆抗体由多个B 细胞克隆分泌且可以识别多个抗原表位[25]。除以上两种抗体外，还有可规模化生产且一致性较好的重组抗体，该抗体是通过构建含有抗体序列的质粒进行体外细胞表达获得的[26]，此外，纳米抗体具有相对分子质量低、耐受能力强及易表达等优势[27]，在农药残留检测中受到高度关注。抗体的特异性和敏感性对传感器的构建非常关键。

1.2 适配体

适配体是通过指数富集配体系统进化技术(SELEX) 在体外筛选得到的能够与靶标特异性结合的寡核苷酸[28]。在目标物存在的情况下，适配体与目标物通过形状互补、氢键、范德华力以及碱基堆积力等相互作用力特异性结合，同时适配体发生自适应构象变化，折叠成特定的三维结构，如凸环、发夹以及G-四链体等[29]。适配体具有高亲和力、高特异性、易于修饰、靶标范围广、可体外合成及制备简单等优点，在农药残留快速检测中应用广泛。

1.3 分子印迹聚合物

分子印迹聚合物是通过分子印迹技术 (MIT)人工合成的具有特异识别功能的聚合物，可对目标物进行特异性识别、富集和分离[30]。分子印迹聚合物具有高特异性、不易被破坏、可重复使用以及可富集复杂基质中痕量农药的优点，从而降低了检测中复杂基质的干扰，在农药残留检测中有着广泛的发展前景。

1.4 金属有机框架

金属有机框架在农药残留检测中发挥着重要作用。金属有机框架是由金属离子和有机桥接剂配位而形成的晶体配位聚合物[31]，具有比表面积大、结构可调、催化活性高、易修饰及光电信号稳定等特点，被广泛应用于各种光学传感器[32]。

2 基于抗体光学传感器在精准识别农药残留检测中的应用

2.1 比色法

比色法 (colorimetry) 是通过分析有色溶液颜色变化来确定待测组分含量的方法[33]，该方法主要基于酶催化显色底物产生颜色变化和纳米颗粒聚集产生颜色变化，具有肉眼可见、读取方便、低成本等优点[34]。因此，基于比色传感器的精准识别免疫分析[35-36]，受到了越来越多研究学者的青睐。目前应用较多的是酶标记比色法和纳米材料标记比色法。

2.1.1 酶标记比色法 酶标记比色传感器免疫分析，已被广泛应用于农作物中农药残留的检测。Zhai 等[37]建立了基于辣根过氧化物酶 (HRP) 的比色酶联免疫吸附法，通过HRP 催化3,3′,5,5′-四甲基联苯胺 (TMB) 显色，检测蔬菜中痕量的吡虫啉，其检出限为1.65 μg/L。然而，HRP 和碱性磷酸酶 (ALP) 等天然酶因存在制备成本高、稳定性差以及生产和纯化操作困难的缺点，而逐渐被具有模拟酶活性的金纳米颗粒 (AuNPs)、银纳米颗粒 (AgNPs) 以及纳米复合材料所替代。Ouyang 等[38]利用石墨氮化碳/铋铁氧体纳米复合材料 (g-C3N4/BiFeO3NCs) 的过氧化物酶特性，建立双读数免疫层析法(ICA) 检测毒死蜱和甲萘威，其检出限均为0.033 μg/L。

2.1.2 纳米材料标记比色法 AuNPs 和AgNPs 等纳米材料除具有模拟酶催化显色特性以外，其独特的光学性质也得到了广泛认可。纳米颗粒分子界面适当的距离会引起聚集，使其颜色发生变化，AuNPs 由酒红色变为深蓝色，而AgNPs 则由黄色变为棕红色[35-36]，根据颜色的变化可实现定量分析。Lan 等[39]创建了一种同时检测7 种农药残留的快速灵敏的胶体金免疫芯片检测方法 (图1)，该方法将7 个抗原固定在硝化纤维膜的微阵列芯片上，AuNPs 标记的二抗作为示踪剂，通过在膜上固定的抗体聚集AuNPs，可实现三唑磷、甲基对硫磷、甲氰菊酯、克百威、噻虫啉、百菌清和多菌灵7 种农药残留的同步检测，其检出限分别是：0.02、0.82、0.13、4.44、6.45、0.41 和0.04 μg/L。此外，Ma 等[40]设计了基于三唑磷诱导柠檬酸银纳米颗粒 (Cit-AgNPs) 聚集的比色免疫分析，在三唑磷存在的情况下，Cit-AgNPs 聚集，由黄色明显转变为棕褐色，实现了痕量三唑磷残留的检测，检出限为1.567 μg/L。

2.2 荧光法

荧光免疫法 (fluorometry) 以标记物作为示踪剂，标记物主要包括荧光染料[41]、纳米颗粒[42]以及镧系螯合物[43]等，该方法具有灵敏度高、检测速率快等特点，在农药残留检测领域被广泛应用[44]。

2.2.1 荧光染料 荧光染料主要包括6-羧基荧光素 (6-FAM)、异硫氰酸罗丹明B (RBITC) 及德克萨斯红 (Texas red) 等。Dou 等[45]建立了以RBITC为标记物的竞争性免疫分析方法，其原理基于AuNPs对RBITC 的淬灭效应，半胱胺对AuNPs 上的RBITC 进行配体交换使其荧光信号增强，从而根据荧光强度的强弱实现对毒死蜱的检测，其检出限为4.88 μg/L。类似地，Zhang 等[46]设计了基于6-FAM 的三唑磷条形码免疫检测方法，此研究将6-FAM 标记的单链硫醇寡核苷酸修饰到AuNPs上，其荧光被AuNPs 淬灭，二硫苏糖醇 (DTT) 对AuNPs 上荧光素标记的单链核苷酸进行配体交换，使6-FAM 荧光恢复，通过检测释放的荧光信号实现对痕量三唑磷的检测，其检出限为6 × 10-3μg/L。此外，Wang 等[47]利用催化发夹自组装(CHA) 高特异性的特点，建立了检出限更低的荧光免疫传感器，通过在发夹结构DNA 链上修饰不同的荧光物质 (6-FAM、Cy3 和Texas red)，实现了有机磷农药多残留的检测，三唑磷、对硫磷和毒死蜱的检出限分别为0.012、5.7 × 10-3和7.4 × 10-3μg/L。

2.2.2 纳米颗粒 荧光染料容易受到其他物质干扰，而纳米材料如量子点 (QDs)、上转换纳米材料(UCNPs) 等稳定性好且具有独特的光学特性，被广泛用于农药残留检测。Chen 等[48]构建了基于CdTe 量子点和纳米四吡啶基锌卟啉 (ZnTPyP) 的荧光纸基传感器，以带正电荷的ZnTPyP 为荧光淬灭剂，带负电荷的农药与ZnTPyP 发生静电相互作用，促使纳米ZnTPyP 与QDs 分开，QDs 恢复荧光，该方法可用于复杂基质中农药残留检测，其中速灭威、克百威和甲萘威的检出限分别为0.91、0.89 和0.78 μg/L。同样，Liao 等[49]也建立了一种基于CdSe/ZnS 量子点的荧光免疫分析法 (FLISA)，实现了痕量三唑磷的高灵敏度检测，检出限为5.08 ×10-4μg/L。此外，华修德等[50]以氯噻啉单克隆抗体标记的核壳型上转换纳米材料 (Na YF4 ：Yb,Er UCNPs) 作为荧光标记物，制备了上转换荧光免疫层析用于检测氯噻啉，检出限为26.3 μg/L。

2.2.3 镧系螯合物 除荧光染料、纳米颗粒作为标记物外，镧系螯合物因其荧光寿命长，解离后增强荧光强度等优点，也被用作荧光标记物。Hua等[51]建立了对新烟碱类杀虫剂氯噻啉的直接量子点荧光免疫测定 (QDFIA) 和时间分辨荧光免疫测定 (TRFIA) 方法，分别使用QDs 和镧系螯合物铕(Eu3+) 标记抗体，其检出限分别为0.52 和0.018 μg/L。

2.3 化学发光法

化学发光免疫法 (chemiluminescent assay) 是将高灵敏度的化学发光法和高特异性的免疫法相结合的分析方法，该方法利用免疫标记技术将酶或发光底物标记在抗原或者抗体上，通过获取标记物进行化学发光反应时的化学发光强度推断被标记抗体或抗原的含量[52]。根据标记物的不同，基于化学发光法的免疫检测技术主要可以分为三种：一是直接使用化学发光底物标记抗原抗体，常用的化学发光底物有鲁米诺类和吖啶酯类；二是用酶标记抗原抗体的化学发光酶免疫分析，常用的酶有HRP 和ALP 等；三是电化学免疫分析法，该方法主要根据三联吡啶钌在电极上发出的光强度对检测物质进行分析[53]。化学发光免疫分析方法具有灵敏度高、特异性好、操作简单、线性范围广、无辐射、标记物有效期长并可实现全自动化等优点，在农药残留检测中得到广泛应用[44]。

鲁米诺、异鲁米诺及其衍生物等化学发光剂在化学发光免疫分析法中被广泛使用。Ouyang 等[54]建立了基于鲁米诺-过氧化氢的免疫层析法（ICA) (图2)，用于检测甲基对硫磷和甲氰菊酯，此研究利用鲁米诺还原金纳米颗粒 (LRAuNPs) 标记甲基对硫磷抗体和甲氰菊酯抗体，发生特异性免疫反应后，根据LRAuNPs 积累产生的信号对分析物进行定量检测，甲基对硫磷和甲氰菊酯的检出限分别是0.17 和0.10 μg/L。此外，李明洁[55]也利用鲁米诺的发光效应，建立了灵敏度高且特异性好的竞争性化学发光免疫分析方法，实现了对甲萘威的痕量检测，其检出限为0.25 μg/L。

图2 用于甲基对硫磷和甲氰菊酯多路检测ICA 示意图[54]Fig.2 Schematic diagram of a double-readout ICA for multiplexing detection of methyl parathion and fenpropathrin[54]

除化学发光剂直接标记抗原或抗体实现目标物的定量外，酶标记抗原或抗体在目标物定量中也受到了高度重视[56]。Shu 等[57]建立了基于HRP 和ALP 的时间分辨化学发光(CL)策略的免疫层析试纸条(ITS) (图3)，HRP 和ALP 分别标记甲基对硫磷和吡虫啉抗原，甲基对硫磷和吡虫啉与标记抗原竞争结合双功能抗体 (BfAb)，于不同的时间收集到HRP 和ALP 信号，检出限均为0.058 μg/L。此外，Zhu 等[58]也建立了基于HRP 的高灵敏度间接竞争化学发光酶免疫法，实现了蔬菜中啶虫脒残留的快速检测，检出限为0.70 μg/L。

图3 用于时间分辨农药CL 检测的多路ITS 示意图[57]Fig.3 Schematic of multiple ITS for time-resolved CL detection of pesticides[57]

2.4 表面增强拉曼光谱散射法

1970 年代，Fleischmann 等[59]发现了表面增强拉曼光谱散射(SERS)。在实验中发现，当吡啶分子吸附在电极上时会产生强的拉曼散射效应，而当目标物吸附在增强基底表面或附近时，其拉曼信号可增强几个数量级。SERS 增强机制主要有电磁增强和化学增强。增强基底主要有粗糙的电极、纳米颗粒、过渡金属以及一些复合型的基底材料，如双金属的核壳类材料和金属/半导体复合材料等。基于表面增强拉曼光谱的农药精准识别技术具有检测速度快、特异性强、灵敏度高等特点，已被广泛用于农药残留检测。

应方等[60]建立了以AuNPs 作为增强基底的对有机磷农药残留的高效快速检测方法，实现了倍硫磷和对硫磷的同时检测，其检出限分别为0.01和0.025 μg/L。除以上直接检测外，研究人员还开发了灵敏度更高的间接检测法，即贵金属纳米颗粒与拉曼报告分子 (RRs) 组成SERS 标签，SERS标签进一步与抗体结合，形成SERS 的免疫传感器，可实现对无SERS 信号的目标物定性定量检测[61]。杨雪等[62]建立了免疫分离与SERS 相结合的莠去津和莎稗磷残留的检测方法，该研究以树枝状AgNPs 作为拉曼增强基底，以三聚氰胺标记半抗原作为拉曼信号，实现了环境和谷物中莠去津和莎稗磷残留的快速有效检测，其检出限均为0.01 μg/L。同样，Li 等[63]建立了基于表面增强拉曼光谱的免疫层析法 (ICA-SERS)，可同时检测氯氰菊酯和S-氰戊菊酯，该研究以AuNPs 为增强基底，以4-巯基苯甲酸 (4-MBA) 和4-氨基苯硫酚(4-ATP) 为RRs，与其抗体分别形成免疫探针 (图4A)，ICA-SERS 系统中 (图4B)，目标农药分别与检测线上半抗原和蛋白偶联物竞争性结合免疫探针，免疫探针上的结合位点首先被目标农药捕获，未与农药分子结合的免疫探针被半抗原与蛋白偶联物捕获，检测线上被半抗原与蛋白偶联物捕获的免疫探针的数量将与目标农药分子的数量呈负相关，未结合的免疫探针将继续沿着条带迁移，并被控制线上的二抗捕获，通过拉曼光谱实现对农药的定量分析，其检出限分别为2.3 × 10-4和2.6 ×10-5μg/L。此外，为避免其他物质的光学干扰，Sun 等[64]以4-巯基苯腈 (4-MBN) 作为RRs 免疫传感器，以AuNR@Ag 连接抗原和SERS 标签作为拉曼探针，Fe3O4磁性纳米颗粒作为增强基底，通过吡虫啉与抗原竞争性结合抗体，实现了痕量吡虫啉的检测，检出限可达2.449 μg/L。SERS 是一种非常有潜力的农药残留检测方法，除使用增强基底增强拉曼信号外，还应结合一些富集和捕获技术以降低背景信号的干扰，从而提高其精确度，扩大检测范围。

图4 A: Au-MBA-cyperAb 和Au-ATP-esfenAb 两种免疫探针的制备示意图B: ICA-SERS 带的组装和多路检测机构原理图[63]Fig.4 A: Schematic diagram of the preparation of two immune probes Au-MBA-cyperAb and Au-ATP-esfenAb B: Schematic diagram of the assembly and multiplexing mechanism of the ICA-SERS band[63]

2.5 表面等离子共振法

表面等离子体共振 (SPR) 传感器基于全反射光学现象[65]，当分析物结合到传感器表面时，可以检测到贵金属表面折射率的变化，无需标记就可对农药分子进行分析检测。但在实际样品中检测痕量农药时，很难检测到折射率的变化，而随着纳米技术的快速发展，许多纳米材料如AuNPs、AgNPs、QDs 以及CDs 等，因具有高折射率且可增强信号的特点而广泛应用于表面等离子体共振传感器，该传感器具有检测速度快、无需标记、不会出现假阳性以及灵敏度高等优点。

Guo 等[66]建立了非竞争性表面等离子体共振免疫传感器 (图5)，该学者将三唑磷抗体固定在传感器芯片上，通过检测抗体与三唑磷农药相互作用导致折射率的变化，实现了对三唑磷残留的直接检测，检出限达0.096 μg/L，线性检测范围为0.98～8.29 μg/L。与以上研究不同的是，Li 等[67]将葡萄球菌蛋白A (SPA) 共价结合到芯片表面，SPA定向结合毒死蜱抗体Fc 片段，建立了基于定向抗体的表面等离子体共振生物传感器检测毒死蜱残留 (图6)，抗原结合片段暴露在修饰后的膜外，以避免对抗原抗体的免疫反应造成干扰，该传感器对毒死蜱的检出限为0.056 μg/L，这种定向固定抗原比随机固定抗原的免疫结合能力提高了2～8 倍。表面等离子体共振免疫传感器作为一种强有力的分析工具，实现了高灵敏度和高特异性的农药残留检测，保障了农产品质量安全。

图5 单抗固定化传感器芯片的制备，用于直接检测三唑磷和实时表面等离子体共振 (SPR) 传感器图[66]Fig.5 Preparation of a monoclonal antibody immobilized sensor chip for direct detection of triazophos and real-time surface plasmon resonance (SPR) sensor[66]

图6 葡萄球菌蛋白A 定向组装表面等离子共振生物传感器检测毒死蜱[67]Fig.6 Oriented assembly of surface plasmon resonance biosensor through staphylococcal protein A for the detection of chlorpyrifos [67]

抗体对农药的识别可转换为多种直接可读的信号，如比色法、荧光法和化学发光等，基于抗体的光学传感器法在农药残留检测中发挥着举足轻重的作用，本文归纳总结了近些年比色法、荧光法、化学发光法、表面增强拉曼光谱散色法、表面等离子体共振法等光学传感器在农药残留检测中的应用及其优缺点 (表1)。

表1 基于抗体的光学检测方法在农药残留检测中的应用Table 1 Application of optical detection method in pesticide residue detection

3 基于光学传感器的其他分子精准识别在农药残留检测中的应用

3.1 适配体

适配体具有易合成、靶标范围广、可在体外合成、易标记及化学性质稳定等特点，被广泛用于生物传感器。Yang 等[69]建立了检测食品中λ-氯氟氰菊酯残留的比色适配体传感器，以LCT-1 和LCT-1-39 两种适配体作为分子识别元件，实现了痕量λ-氯氟氰菊酯的检测，其检出限分别为19.7和18.6 μg/L。此外，基于适配体的荧光生物传感器也被广泛应用于农药残留检测中。Yu 等[70]建立了检测啶虫脒残留的适配体传感器，其原理主要基于AuNPs 和罗丹明B 之间的荧光共振能量转移，其线性范围为0.1～3 μg/mL，检出限为28.5 μg/L。为了提高农药残留检测的灵敏度，Wang 等[71]设计了基于局域表面等离子体共振和荧光双信号的传感器，DNA 功能化的Ag/Au 双金属纳米粒子(Ag/Au NPs) 作为多功能纳米探针对有机磷农药-残留进行快速检测，检出限分别为0.33 × 10-3和1.67 μg/L。为避免其他物质的光干扰，Sun 等[72]开发了一种光学抗干扰表面增强拉曼散射适配体传感器，用于检测苹果汁中啶虫脒的含量 (图7)，4- (巯基甲基) 苄腈 (MMBN) 被用作拉曼标签，以AuNPs 与聚腺嘌呤 (polyA) 介导的适配体和拉曼标签结合作为拉曼探针，AgNPs 修饰的硅片(AgNPs@Si) 作为增强基底，实现了对啶虫脒的残留检测，其检出限为4.116 μg/L，这种具有抗干扰体系的适配体表面增强拉曼散射适配体传感器在农药残留检测中具有很大的潜力。

图7 啶虫脒灵敏传感器的制作过程和检测机理[72]Fig.7 Production process and detection of acetamiprid sensitive sensor for acetamiprid[72]

适配体具有与抗原抗体间类似的靶标结合能力，但单链DNA 适配体取向和密度难以控制，为解决这一局限性，Yang 等[73]建立了基于金-四面体DNA 纳米结构 (Au-TDN) 的电化学发光传感器，Au-TDN 是适配体通过-SH 修饰到AuNPs 形成的复合物，此设计的精妙之处在于四面体的每个顶点上都有探针，增加了适配体与农药分子的特异性识别几率，实现了对甲基对硫磷、对硫磷和辛硫磷残留的高灵敏度检测，其检出限分别为3 × 10-3、0.3 × 10-3和0.03 × 10-3μg/L。适配体以高亲和力实现目标物的特异性结合，在农药特异性检测中的有广泛应用的潜力。测中的有广泛应用的潜力。

3.2 分子印迹聚合物

分子印迹聚合物 (MIP) 被称为“人工抗体”，识别农药分子的机理类似于“抗原抗体”相互作用。分子印迹聚合物在农药残留检测中的应用主要有两点：第一，前处理中作为选择性吸附剂；第二，传感器中如质谱检测时作为离子源基底和拉曼光谱的增强基底等[74]。

Wu 等[75]建立了以磁性MIP 微球为识别元件的AgNP 传感器，实现了茶饮料中杀螟丹的痕量检测，其检出限为10 μg/L。类似地，Yu 等[76]也建立了高选择性和高灵敏度的荧光检测方法，用于检测啶虫脒残留，该研究以MIP 包封的UCNP为印迹荧光探针，以啶虫脒为模板分子，甲基丙烯酸 (MAA) 为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA) 为交联剂，制备的荧光分子印迹纳米探针UCNP@MIP 与啶虫脒特异性结合后发生荧光淬灭，实现了痕量啶虫脒的检测，其检出限为8.3 μg/L。此外，Yan 等[77]建立了基于MIP 的仿生纳米酶联免疫吸附方法 (BNLISA)，该研究中Pt@BSA-半抗原和三唑磷竞争结合MIP 表面的识别位点，通过TMB 显色反应实现痕量三唑磷的检测，其检出限为1 μg/L。MIP 具有与目标分子互补的结合腔，具有高选择性和类似于抗体自然识别特性的能力，作为分子识别元件，被广泛应用传感器。

3.3 金属有机框架

金属有机框架 (MOF) 基于主客体相互作用，可通过对其骨架的设计，实现与农药分子特异性识别。Wang 等[78]建立了基于发光锌金属有机骨架 (Zn-MOF) 的高灵敏度检测对硫磷残留的方法，Zn-MOF 可实现对硫磷残留的快速选择性检测，其检出限为1.950 μg/L。此外，Peng 等[79]构建了基于发光Tb3+功能化MOF 的发光传感器，Tb3+功能化MOF 作为新型荧光探针，具有高选择性、灵敏度高、抗干扰能力强、速度快等优点，实现了柑橘中噻菌灵含量的检测，其检出限为54.539 μg/L。MOF作为一种具有潜力的前处理吸附剂和传感器分子识别元件，在农药残留检测中具有广泛的应用前景。

除抗体作为精准识别元件外，适配体、分子印迹聚合物以及金属有机框架具有易制备、成本低等优点，在农药残留检测中也引起了高度重视，被广泛应用于农药残留检测 (表2)。

表2 基于光学传感器的其他精准识别元件在农药残留检测中的应用Table 2 Application of other precise recognition elements based on optical sensors in pesticide residue detection

4 小结及展望

随着人民生活水平的不断提高，人们对食品质量和安全的重视程度也随之增加，这对农药残留检测技术提出了更高的要求。快速检测方法具有便捷、高效以及可实现现场检测等优点被广泛应用，光学传感器法作为快速检测法中应用最广泛的一种，主要包括比色法、荧光法、化学发光法、表面增强拉曼光谱法以及表面等离子体共振法等。之前鲜有人从精准识别的角度对光学传感器检测农药残留进行综述。本综述介绍了常见精准识别农药的分子识别元件 (抗体、适配体、分子印迹聚合物、金属有机框架等)，重点阐述了基于光学传感器的农药分子精准识别技术在农药残留检测中的应用，进一步对比了比色、荧光、化学发光、表面增强拉曼光谱、表面等离子体共振检测方法的优缺点，为研究人员提供基于光学传感器的精准识别技术参考依据。

抗体、适配体等精准识别元件作为影响灵敏度的重要因素之一，研究人员可通过对抗体蛋白或适配体的筛选获得特异性强和灵敏度高的识别元件，从而获得更低的检出限；此外，抗体在检测过程中的取向也是影响检测灵敏度的因素，未来可通过抗体的定向标记，进一步提高其灵敏度。纳米材料作为光学传感器的关键元件，对检测的灵敏度至关重要，研究人员应进一步开发单原子纳米酶、双金属纳米酶等具有更高的催化活性以及独特的光学性质的新型纳米功能材料，从而进一步提高检测的灵敏度。最后，基于光学传感器的农药分子精准识别技术可将多种光学检测方法结合，如比色荧光双读数法，提高检测的准确性，降低假阳性。