電化學納米免疫傳感器在食品安全檢測中的應用展望

魯丁強，龐廣昌

電化學納米免疫傳感器在食品安全檢測中的應用展望

魯丁強，龐廣昌*

（天津商業大學生物技術與食品科學學院，天津市食品生物技術重點實驗室，天津 300134）

電化學納米免疫傳感器具有檢測快速、靈敏、操作簡單等優點，在醫藥、食品、環境及生命科學等領域顯示了巨大的應用潛力。本文分析比較了電化學納米免疫傳感器與分析化學儀器檢測、免疫檢測、以聚合酶鏈式反應為基礎的分子生物學測定技術和基于表面等離子共振、生物薄膜干涉技術的檢測方法的優缺點，討論了電化學納米免疫傳感器本身所面臨的免疫結合信號放大處理和商業化應用的兩個關鍵問題，最后，概述了納米材料在免疫傳感器中的應用及電化學納米免疫傳感器在食品檢測中的應用并對其在食品檢測領域的未來發展作了展望。

電化學；納米材料；免疫傳感器；食品檢測；抗體

隨著科學技術的不斷進步，食品安全檢測技術已經取得了舉世矚目的成就，但是現有的檢測方法大多集中在分析化學儀器檢測、免疫檢測、以聚合酶鏈式反應（polymerase chain reaction，PCR）為基礎的分子生物學測定技術等方面。其中化學測定除對儀器設備的依賴性很大外，因其選擇性不強，往往需要對原始樣本進行預處理，從而限制了這些方法的廣泛使用。而PCR方法的靈敏度高，特異性強，但需要對靶分子進行級聯放大后才能檢測，耗時較長，而且難以實現真正意義上的定量測定。傳統的免疫測定方法特異性強、靈敏度高、不需要對原始樣本進行特殊處理，但是本質上屬于定性或半定量方法，而且不能實現在線或即時檢測。生物傳感器方法具有特異性強、定量、可以即時和在線檢測等優點，但是除酶傳感器以外，大多數還停留在研究階段。盡管基于表面等離子共振（surface plasmon resonance，SPR）和生物薄膜干涉（biolayer interferometry，BLI）技術的儀器已經上市，但是要真正用于食品安全檢測尚需努力，而且其相應的儀器設備精密度和成本偏高，難以適應真正意義上的定量測定，特別是快速和在線檢測。電化學免疫傳感器是基于抗原與抗體的反應進行特異性的半定量或者定量測定的一種以與電化學的傳感單元直接接觸的抗體或者抗原作為分子識別單元，而且通過傳感單元把化學物質的濃度信號轉換成相應的電信號的自給式集成元件[1]，通過納米材料及酶等的信號放大作用，具有特異性強、種類多、測試耗費低、靈敏度高、準確性好、適用面寬等特點。在食品檢測、基礎和應用電化學研究、環境分析、材料分析及醫療分析與診斷等領域應用廣泛[2]。

1 生物傳感器概述

生物傳感器由于其識別元件是酶、受體、抗體等具有特異性識別能力的生物大分子，所以其特異性識別作用或快速催化作用的特點恰恰可以滿足快速、特異性，能夠實現即時和在線檢測的要求。目前，國內外在生物傳感器的研究方面都投入了大量的精力。例如利用酶的識別作用研制出可以檢測乙醇、乳糖、蔗糖、乳酸等食品成分的酶生物傳感器。同時還有檢測甲醇、甲醛等可用于安全檢測的酶傳感器。生物傳感器最活躍的一個領域應該數免疫傳感器的研究。免疫傳感器的特異性識別分子是抗體，從理論上講，所有可以作為抗原的生物大分子，如蛋白質、微生物等，以及作為半抗原的化合物，如抗生素、激素、毒素、農藥等都可以制備其特異性的識別抗體，從而實現特異性、快速、即時和在線檢測。廣義的免疫傳感器包括酶聯免疫吸附技術（enzyme linked immunosorbent assay，ELISA）、放射免疫技術和免疫膠體金試紙條技術。事實上，這方面的研究與成果已經得到了極其廣泛的應用。但是由于ELISA和試紙條技術實際上只能進行定性或半定量檢測，再加上數據處理和加樣方式的限制，要實現即時、準確定量和在線檢測幾乎是不可能的。所以免疫傳感器的研究更多地集中在如何準確定量測定到抗原抗體結合的信號變化及其處理方面。根據其信號轉換方法，免疫傳感器大致分為4類：電化學、光學、壓電和測熱免疫傳感器[3]。

經過多年的研究，國外已經在利用光學SPR和BLI技術，通過測定抗體和待測菌的特異性抗原的結合情況檢測病原菌方面取得突破性進展，相關的儀器設備也已經上市銷售，但是該技術依然是依據ELISA或芯片技術原理進行設計，能夠實現對抗原的高通量的測定，廣泛用于分子互作研究、藥物的高通量篩選和分子生物學研究等，但是不能實現真正意義上的定量分析，而且其儀器設備要求精度高、價格昂貴，不能實現在線檢測。盡管如此，該技術在食品安全檢測方面仍然具有廣泛的應用前景，已經受到科學家和企業家的密切關注，盡管在病原菌檢測方面仍然處于研究階段。

2 電化學免疫傳感器概述

電化學免疫傳感器是另一個備受關注的研究方向，這主要是因為電化學傳感技術已經非常成熟和普及，如果能夠將抗原和抗體的結合信號轉化成電化學信號，再經過放大和處理，就可以實現利用電化學信號系統對抗原、半抗原或者帶有該抗原的病原菌進行快速、特異性定量檢測。在這方面面臨的關鍵問題是：抗原和抗體結合的微弱信號如何能夠轉化成足夠強的電化學信號，再進行放大處理[4]。

用來提高抗原和抗體結合后的電化學信號變化的方法有：利用辣根過氧化物酶[3,5]、堿性磷酸酶[6]、漆酶[7]和葡萄糖氧化酶[8]；利用納米粒子增加抗體的特異性吸附并提高吸附量和量子點；寡核苷酸和染料用來標記所發生的信號變化[9]。這些方法的單獨和聯合使用可以大大提高檢測抗原抗體結合的靈敏度[10]。Castaneda等[11]設計了一個抗原-抗體結合所產生的信號轉化為電化學信號，再通過催化吸附在納米金粒子上的對硝基酚進行信號放大的傳感器。Mao Xun等[12]則利用他設計的基于納米金免疫傳感器成功檢測了人IgG。此外，納米材料和酶可以用來在抗原抗體結合時放大電化學信號，Mackey等[13]通過將抗人IgG進行辣根過氧化物酶標記后吸附到納米金粒子上制成電化學免疫傳感電極，結果使其測定靈敏度高于ELISA，達到260 pg/mL。電化學免疫傳感器的另一個關鍵性問題是如何為電極吸附更多的抗體，最好的方法就是納米材料的利用。目前這方面已進行了大量研究，所用的納米材料主要有3 種：碳納米管[14]、納米金粒子[15]和石墨[16]，并取得了較為理想的研究結果[17-18]。

在免疫傳感器方面，一個主要的挑戰是如何實現商業化應用。因為其商業化應用面臨諸多關鍵問題：1）必須能夠實現快速、定量和大規模的樣品測定。2）高度的特異性，不能有交叉反應形成明顯干擾。3）高質量的操作規范。4）測定費用可以接受。5）重復性和靈敏度足夠高[19]。6）再生性能性好，半壽期足夠長。解決這些問題主要途徑是：1）增加測定靈敏度、提高抗體吸附量以增加其測定樣品數量；2）增加納米免疫電極的半衰期和再生能力。

3 納米材料在免疫傳感器中的應用

3.1 納米材料

納米材料[20-21]是一種超細的固體材料，即其在微觀結構上至少有一維方向受納米級尺度（1～100 nm）所調制，具有表面效應、體積效應、量子效應和宏觀量子隧道效應。此外，由于納米材料還具有特殊的光學性質、催化性質、光電化學性質以及良好的吸附能力和生物兼容性等特點，被廣泛應用于免疫傳感器研究，可顯著提高生物分子的吸附量，同時放大電信號，從而使傳感器的靈敏度、壽命、穩定性等得以提高[22]。

納米材料（例如：納米金）與抗體的結合，一般認為是納米金表面負電荷和抗體的正電荷基團因靜電作用而吸附，并形成Au-S等穩定化學鍵作用。湯俊琪等[23]報道了免疫酶吸附法評價納米金對抗體Fc端的吸附效果，表明納米金吸附主要是在抗體Fc端，且吸附率達到92%，抗原結合部位Fab端裸露在外，可與抗原發生特異性反應，納米材料的使用不僅可以增大抗體吸附量，同時也保證了傳感器的穩定性。

由于納米材料可以增加其操作的選擇性和特異性識別分子的量，所以大大增加檢測靈敏度。因為極低水平的致病菌足以造成食品安全隱患，所以各國都規定食源性病原菌不得檢出。也就是說，增加測定靈敏度是保證食品安全的關鍵[24]。此外，納米免疫技術不僅可以用來提高食源性病原菌的檢測限，而且用來提高對毒素、蛋白質營養成分、抗生素、農藥等的檢測靈敏度[25-26]。在生物傳感器中，納米材料可以大大增加吸附識別分子的特異性和表面，從而增加檢測靶分子的靈敏度和測定量，這對于提高測定靶細胞（病原菌）的靈敏度至關重要[27]。研究結果證明應用納米生物傳感器檢測E. coli O157∶H7的靈敏度比ELISA或異硫氰酸熒光素靈敏度提高了16 倍[28]。為適應食品安全檢測的要求，往往需要測定到單個細菌細胞的水平，顯然更需要納米技術的幫助[29]。

3.2 納米材料在生物傳感器中的應用

通過抗細菌的特異性抗原制備抗體，在經過納米材料吸附抗體來完成食源性病原菌的測定一直是一個熱點領域。病原菌的QDs（量子點）熒光標記被用來測定食源性病原菌，如：單增李斯特菌[30]、致病大腸桿菌（E. coli O157∶H7）[31]和志賀氏菌（Shigella fl exneri）等[32]。一項對白條雞洗滌液中鼠傷寒菌的QDs為基礎的免疫測定中，靈敏度可以達到103CFU/mL[33]。這些納米粒子上結合事件的發生點數和位置可以通過定位性SPR、LSPR（localized SPR）或納SPR進行測定[34-35]。Marinakos等[36]用固定了抗體的納米金粒子同時測定了E. coli鼠傷寒菌的LSPR變化，結果表明，檢測限達到102CFU/mL，比傳統檢測時間減少30 min，Wang Chungang等[37]用此方法結合抗體連接的納米金粒子雙光子瑞利散射測定E. coli O157∶H7，其檢測限達到50 CFU/mL。Andre等[38]用間接抗沙門氏菌多克隆抗體吸附在納米磁珠上，然后再和含沙門氏菌樣品液（含沙門氏菌的脫脂奶樣品）混合培養，通過微分脈沖伏安法進行測定，檢測限達到143細胞/mL。并在103～106細胞/mL呈線性關系。Kang Xinhuang[39]和Wu Hong[40]等研究小組等報道了以天然分子殼聚糖分散石墨烯并結合鉑納米顆粒制備的葡萄糖氧化酶傳感器，研究表明，由于石墨烯的加入使得該新型傳感器展現出良好的穩定性和抗干擾能力，具有靈敏度高、響應快、檢測限低等優點。韓玉花[41]報道了一種基于金包覆磁性納米粒子的電位型免疫傳感器檢測小鼠的IgG，該傳感器的響應電位與抗原（小鼠IgG）質量濃度的對數在2×10-5～1×104ng/mL范圍內呈良好的線性關系，檢測下限為3.1×10-4ng/mL，響應時間為8 min。該傳感器的制備方法簡單、無需標記過程、成本低廉、響應靈敏、性能穩定，具有潛在的應用前景，對制備其他類型免疫傳感器具有重要參考價值。閔紅等[42-43]將金摻雜的四氧化三鐵納米顆粒用殼聚糖交聯后制備生物傳感器，在檢測有機磷農藥時發現，在優化條件下，對有機磷農藥敵敵畏線性檢測范圍為8.0×10–13～1.0×10–10mol/L，最低檢出限達到4.0×10–13mol/L，遠遠優于我國GB/T 5009.20—2003《食品中有機磷農藥殘留量的測定》（0.1 mg/L）。另外，在以殼聚糖為交聯劑制備金摻雜的二氧化鈦復合納米粒子修飾電化學傳感器對有機磷農藥對硫磷進行檢測研究時發現，金摻雜二氧化鈦復合納米粒子大的比表面積能增加對底液中對硫磷吸附量，提高檢測靈敏度；所制備電化學傳感器利用示差脈沖伏安法在最優條件下對對硫磷進行檢測，檢測范圍為1.0～7.0×103ng/mL，檢測限達到0.5 ng/mL。

4 電化學納米免疫傳感器在食品檢測方面的應用

電化學免疫傳感器由于具有高靈敏度、低成本、靈活便攜等優點，在食品安全檢測方面有著巨大的應用前景，以下從蛋白分子、細菌、毒素及農藥殘留幾方面簡要敘述。

康曉斌等[44]研制的牛IgG電流型納米免疫傳感器定量檢測牛初乳制品及乳制品中牛IgG的含量，以響應電流的變化率ΔI對牛免疫球蛋白G的質量濃度的對數做圖，結果表明，該傳感器在牛IgG質量濃度0.1～10 000 ng/mL范圍內呈線性相關關系，與傳統檢測方法相比較，無需對檢測樣品進行提取或預濃縮等復雜的前處理，檢測靈敏度高，操作簡便快捷，但僅僅可以保存15 d左右，壽命較短。

Geng Ping等[45]報道了一種阻抗型電化學免疫傳感器檢測河水中的大腸桿菌，該傳感器線性范圍在3.0×103～3.0×107CFU/mL，最低檢測限達到1.0 ×103CFU/mL，同樣也存在壽命較短的問題。Kang Xiaobin等[46]研制的雙層納米金蠟樣芽胞桿菌免疫傳感器以電流在免疫前后的變化率ΔI與蠟樣芽孢桿菌的菌落數 （用甘露醇卵黃多粘菌素培養基進行平板菌落計數）作圖，結果該傳感器的響應電流與菌濃度在5×101～5×104CFU/mL范圍內呈線性關系，以3 倍空白值的標準偏差計算該傳感器的檢測限為10 CFU/mL，靈敏度可與PCR檢測方法相媲美，幾乎達到了細菌檢測的極限，但保存20 d后電流響應信號為初始電流的93.56%，表明使用壽命也較短。

Masoomi等[47]報道了一種檢測黃曲霉素B1非酶標記電化學納米金免疫傳感器，響應范圍0.6～110 ng/mL，最低檢測限為0.2 ng/mL；Zhou Linting等[48]報道了一種檢測黃曲霉毒素B1的超靈敏電化學納米免疫傳感器，其響應范圍為3.2×10-16～0.32×10-13mol/L，最低檢測限為1×10-16mol/L（RSN=3），可穩定保存26周；Li Zaijun等[49]也報道了一種檢測蜂蜜中黃曲霉毒素B1的阻抗型免疫傳感器，阻抗響應范圍為0.1～10 ng/mL，最低檢測限為0.01 ng/mL，在4 ℃保存180 d后仍具有95%的活性，且不受黃曲霉毒素B2、G1、G2和M1的干擾；Gautam等[50]報道了一種檢測牛奶中黃曲霉毒素M1的阻抗型免疫傳感器，靈敏度可達0.001 ng/mL。對黃曲霉毒素的檢測近年來發展迅速，無論是靈敏度或者穩定性上都體現了電化學免疫傳感器巨大的應用潛力。

杜淑媛[51]報道的克百威農藥殘留檢測用電化學免疫傳感器，在最優條件下其具有較寬的線性范圍：0.1 ng/mL～1 μg/mL，檢測限為0.021 ng/mL （RSN= 3），保存15 d后響應電流保留了原來的93.5%，盡管農藥生物傳感器發展速度很快，但商業化產品的研制仍處于初期階段，還有待于進一步的發展。

5 展 望

電化學納米免疫傳感器是一種將電化學分析方法與免疫學技術相結合而發展起來的具有快速、靈敏、選擇性高、操作簡便等特點的生物傳感器，同時結合納米材料良好的吸附能力、表面效應、小尺寸效應、量子效應和宏觀量子隧道效應等特點[51]，大大提高了傳感器靈敏度、穩定性和抗體分子吸附量。更重要的是，目前已有抗體（病原體、毒素、腫瘤表面標記物、遺傳標記、細胞因子、抗生素、農藥）絕大多數都是以Balb/c小鼠制備的單克隆抗體。顯然，這可以成為一個針對目前所制備的非常廣泛的單克隆抗體的檢測平臺，因為其抗體來源于一個相同的無性系小鼠，其Fc序列、結構和功能是相同的，因此，其操作和檢測方案是基本相同的，而且還可以針對需要隨時通過成熟的雜交瘤技術定制待測靶標的單克隆抗體。電化學納米免疫傳感器將在食品檢測領域發揮極其重要的作用。但就目前來說，電化學納米免疫傳感器的發展仍面臨著多方面挑戰，需要在使用壽命、再生性、穩定性等方面投入更多精力，從而推進其商品化應用進程。

[1] THEVENOT D. Electrochemical biosensors: recommended definitions and classification[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2001, 16(1/2): 121-131.

[2] 姚守拙. 化學與生物傳感器[M]. 北京: 化學工業出版社, 2006: 197-275.

[3] HOLFORD T R J, DAVIS F, HIGSON S P J. Recent trends in antibody based sensors[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2012, 34(1): 12-24.

[4] OMIDFAR K, KHORSAND F, AZIZI M D. New analytical applications of gold nanoparticles as label in antibody based sensors[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2013, 43: 336-347.

[5] DU Dan, YAN Feng, LIU Shengli, et al. Immunological assay for carbohydrate antigen 19-9 using an electrochemical immunosensor and antigen immobilization in titania sol-gel matrix[J]. Journal of Immunological Methods, 2003, 283(1/2): 67-75.

[6] DUAN C, MEYERHOFF M E. Separation-free sandwich enzyme immunoassays using microporous gold electrodes and self-assembled monolayer/immobilized capture antibodies[J]. Analytical Chemistry, 1994, 66(9): 1369-1377.

[7] KUZNETSOV B A, SHUMAKOVICH G P, KOROLEVA O V, et al. On applicability of laccase as label in the mediated and mediatorless electroimmunoassay: effect of distance on the direct electron transfer between laccase and electrode[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2001, 16(1/2): 73-84.

[8] CAMPANELLA L, ATTIOLI R, COLAPICCHIONI C, et al. New amperometric and potentiometric immunosensors for anti-human immunoglobulin G determinations[J]. Sensors and Actuators B, 1999, 55(1): 23-32.

[9] RUSLING J F. Nanomaterials-based electrochemical immunosensors for proteins[J]. Chemical Record, 2012, 12(1): 164-176.

[10] OMIDFAR K. Development of urinary albumin immunosensor based on colloidal AuNP and PVA[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2011, 26(10): 4177-4183.

[11] CASTANEDA M T, ALEGRET S, MERKOCI A. Electrochemical sensing of DNA using gold nanoparticles[J]. Electro Analysis, 2007, 19(7/8): 743-753.

[12] MAO Xun, JIANG Jianhui, CHEN Jiwei, et al. Cyclic accumulation of nanoparticles: a new strategy for electrochemical immunoassay based on the reversible reaction between dethiobiotin and avidin[J]. Analytica Chimica Acta, 2006, 557(1/2): 159-163.

[13] MACKEY D, AMBROSI A, KILLARD A J, et al. Double-codified gold nanolabels for enhanced immunoanalysis[J]. Analytical Chemistry, 2007, 79(14): 5232-5240.

[14] MAEHASHI K, MATSUMOTO K, TAKAMURA Y, et al. Special issue: aptamer-based electrochemical biosensors[J]. Electro Analysis, 2009, 21(11): 1285-1290.

[15] SARDESAI N, PAN S, RUSLING J. Electro chemiluminescent immunosensor for detection of protein cancer biomarkers using carbon nanotube forests and [Ru-(bpy)3]2+-doped silica nanoparticles[J]. Chemical Communications, 2009, 33: 4968-4970.

[16] LI Yongxin, WANG Po, WANG Lun, et al. Overoxidized polypyrrole film directed single-walled carbon nanotubes immobilization on glassy carbon electrode and its sensing applications[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2007, 22(12): 3120-3125.

[17] KIM J P, LEE B Y, LEE J, et al. Enhancement of sensitivity and specificity by surface modification of carbon nanotubes indiagnosis of prostate cancer based on carbon nanotube field effect transistors[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2009, 24(11): 3372-3378.

[18] VISWANATHAN S, RANI C, VIJAY A A, et al. Disposable electrochemical immunosensor for carcinoembryonic antigen using ferrocene liposomes and MWCNT screen-printed electrode[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2009, 24(7): 1984-1989.

[19] RICCI F, ADORNETTOA G, PALLESCHI G. A review of experimental aspects of electrochemical immunosensors[J]. Electrochimica Acta, 2012, 84: 74-83.

[20] 白春禮. 納米科技及其發展前景[J]. 科學通報, 2001, 46(2): 89-92.

[21] 張陽德. 納米生物材料學[M]. 北京: 化學工業出版社, 2005: 25.

[22] YIN H S, AI S Y, SHI W J, et al. A novel hydrogen peroxide biosensor based on horseradish peroxidase immobilized on gold nanoparticles-silk fibroin modified glassy carbon electrode and direct electrochemistry of horseradish peroxidase[J]. Sensors and Actuators B, 2009, 137(2): 747-753.

[23] 湯俊琪, 龐廣昌, 高嘉榮, 等. 免疫酶吸附法評價納米金對抗體Fc端的吸附效果[J]. 食品與生物技術學報, 2010, 29(4): 533-537.

[24] GILMARTINA N, KENNEDY R. Nanobiotechnologies for the detection and reduction of pathogens[J]. Enzyme and Microbial Technology, 2012, 50(2): 87-95.

[25] CREAN C, LAHIFF E, GILMARTIN N, et al. Polyaniline nanofibres as templates for the covalent immobilisation of biomolecules[J]. Synthetic Metals, 2011, 161(3/4): 285-292.

[26] EMER L, CAROL L, NIAMH G, et al. The increasing importance of carbon nanotubes and nanostructured conducting polymers in biosensors[J]. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2010, 398(4): 1575-1589.

[27] XU Kai, HUANG Junran, YE Zunzhong, et al. Recent development of nano-materials used in DNA biosensors[J]. Sensors, 2009, 9(7): 5534-5557. [28] HAHN M, TABB J, KRAUSS T. Detection of single bacterial pathogens with semiconductor quantum dots[J]. Analytical Chemistry, 2005, 77(15): 4861-4869.

[29] ZHAO Xiaojun, HILLIARD L, MECHERY S, et al. A rapid bioassay for single bacterial cell quantitation using bioconjugated nanoparticles[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2004, 101(42): 15027-15032.

[30] VINAYAKA A C, THAKUR M S. Focus on quantum dots as potential fluorescent probes for monitoring food toxicants and food-borne pathogens[J]. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2010, 397(4): 1445-1455.

[31] BRUNO J G, PHILLIPS T, CATTILLO M P. Plastic-adherent DNA aptamer-magnetic bead and quantum dot sandwich assay for Campylobacter detection[J]. Journal of Fluorescence, 2009, 19(3): 427-435.

[32] LIU Zhongde, CHEN Shaofen, HUANG Chengzhi, et al. Light scattering sensing detection of pathogens based on the molecular recognition of immunoglobulin with cell wall-associated protein A[J]. Analytical Chimica Acta, 2007, 599(2): 279-286.

[33] ZHAO Yu, YE Mingqiang, CHAO Qiangguo, et al. Simultaneous detection of multifood-borne pathogenic bacteria based on functionalized quantum dots coupled with immunomagnetic separation in food samples[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2009, 57(2): 517-524.

[34] PEREZ J J, PASTORIZA S I, LIZ M L, et al. Gold nanorods: synthesis, characterization and applications[J]. Coordination Chemistry Reviews, 2005, 249: 1870-1901.

[35] JANA N, GEARHEART L, MURPHY C. Wet chemical synthesis of high aspect ratio cylindrical gold nanorods[J]. The Journal of Physical Chemistry B, 2001, 105(19): 4065-4067.

[36] MARINAKOS S M, CHEN S, CHILKOTI A. Plasmonic detection of a model analyte in serum by a gold nanorod sensor[J]. Analytical Chemistry, 2007, 79(14): 5278-5283.

[37] WANG Chungang, IRUDAYARAJ J. Gold nanorod probes for the detection of multiple pathogens[J]. Small, 2008, 4(12): 2204-2208.

[38] ANDRE S A, BRIZA P L, RONALDO C F. Electrochemical detection of Salmonella using gold nanoparticles[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2013, 40(1): 121-126.

[39] KANG Xinhuang, WANG Jun, WU Hong, et al. Glucose oxidasegraphene-chitosan modifiedelectrode for direct electrochemistry and glucosesensing[J]. Biosensorsors and Bioelectronics, 2009, 25(4): 901-905.

[40] WU Hong, WANG Jun, KANG Xinhuang, et al. Glucose biosensor based onimmobilization of glucoseoxidase in platinum nanoparticles/graphene/chitosan nanocomposite film[J]. Talanta, 2009, 80(1): 403-406.

[41] 韓玉花. 基于金包覆磁生納米粒子的電位型免疫傳感器的研究[D].大連: 遼寧師范大學, 2011.

[42] 閔紅, 曲云鶴, 李曉華, 等. Au摻雜Fe3O4納米粒子酶傳感器的制備及其應用于有機磷農藥檢測的研究[J]. 化學學報, 2007, 65(20): 2303-2308.

[43] 閔紅, 曲云鶴, 衛銀銀, 等. Au/TiO2納米粒子修飾電極用于有機磷農藥對硫磷的直接電化學檢測的研究[J]. 化學傳感器, 2007, 27(2): 20-25.

[44] 康曉斌, 龐廣昌, 梁新義. 牛電化學納米免疫傳感器的研制[J]. 食品科學, 2011, 32(16): 379-383.

[45] GENG Ping, ZHANG Xinai, MENG Weiwei, et al. Self-assembled monolayers-based immunosensor for detection of Escherichia coliusing electrochemical impedance spectroscopy[J]. Electrochimica Acta, 2008, 53(14): 4663-4668.

[46] KANG Xiaobin, PANG Guangchang, CHEN Qingsen, et al. Fabrication of Bacillus cereus electrochemical immunosensor based on double-layer gold nanoparticles and chitosan[J]. Sensors and Actuators B, 2013, 177: 1010-1016.

[47] MASOOMI L, SADEGHI O, BANITABA M H, et al. A nonenzymatic nanomagnetic electro-immunosensorfor determination of aflatoxin B1as a model antigen[J]. Sensors and Actuators B, 2013, 177: 1122-1127.

[48] ZHOU Linting, LI Ruiyi, LI Zaijun, et al. An immunosensor for ultrasensitive detection of aflatoxin B1with an enhanced electrochemical performance based on graphene/conducting polymer/ gold nanoparticles/the ionicliquid composite film on modified gold electrode with electro deposition[J]. Sensors and Actuators B, 2012, 174: 359-365.

[49] LI Zaijun, WANG Zhongyun, SUN Xiulan, et al. A sensitive and highly stable electrochemical impedance immunosensor based on the formation of silica gel-ionic liquid biocompatible film on the glassycarbon electrode for the determination of aflatoxin B1in bee pollen[J]. Talanta, 2010, 80(5): 1632-1637.

[50] GAUTAM B, SOUVIK P, LIZY K, et al. A label-free silver wire based impedimetric immunosensor for detection of aflatoxin M1in milk[J]. Sensors and Actuators B, 2012, 168: 223-230.

[51] 杜淑媛. 克百威農藥殘留檢測用無標記電流型免疫傳感器的制備方法研究[D]. 淄博: 山東理工大學, 2012.

Recent Development and Application of Electrochemical Nanometer Immunosensors in Food Detection

LU Ding-qiang, PANG Guang-chang*
(Tianjin Key Laboratory of Biotechnology, College of Biotechnology and Food Science, Tianjin University of Commerce, Tianjin 300134, China)

Electrochemical nanometer immunosensor has the characteristics of simple operation, accuracy, high sensitivity and good selectivity, where biological sensing chips are used to detect the interaction between antigen and antibody. It has a wide range of applications in the fields of medicine, food, environmental monitoring, drug screening and life science. In this paper, we compare electrochemical nanometer immunosensor with instrumental analysis, immunological detection, polymerase chain reaction (PCR)-based molecular biology detection techniques and surface plasmon resonance (SPR)- and biolayer interferometry (BLI)-based detection techniques for their advantages and drawbacks. We also discusse the two key issues electrochemical nanometer immunosensor itself is facing: immune binding signal amplification processing and commercial application. Finally, we overview the current applications of nanomaterial in the immunosensor and those of electrochemical nanometer immunosensor in food detection, and discuss its future prospects in this area.

electrochemical; nonmaterial; immunosensor; food detection; antibody

TS252.7；O657.1

A

1002-6630（2014）08-0006-05

10.7506/spkx1002-6630-201408002

2014-02-13

乳品科學教育部重點實驗室（東北農業大學）開放課題（2012KOLDSOF-02）；

國家自然科學基金面上項目（31371773）；“十二五”國家科技支撐計劃項目（2012BAD29B07）

魯丁強（1984—），男，碩士研究生，研究方向為電化學免疫傳感器。E-mail：m18222368363@163.com

*通信作者：龐廣昌（1956—），男，教授，博士，研究方向為生物技術與食品免疫、乳品質量與安全。E-mail：pgc@tjcu.edu.cn