免疫傳感器在農產品快速檢測中的應用進展

左 雄

(四川省自貢市沿灘區農牧林業局，四川 自貢 643003)

免疫傳感器在農產品快速檢測中的應用進展

左 雄

(四川省自貢市沿灘區農牧林業局，四川 自貢 643003)

本文介紹了免疫傳感器的基本組成和工作原理，綜述了其在農產品質量安全快速檢測中的應用，針對免疫傳感器應用中的缺點，討論了免疫傳感器的發展方向。

免疫傳感器；農產品安全；快速檢測

我國農產品質量安全已經取得了很大提高，但仍存在一些問題。農產品來源廣泛，監管困難，急需快速檢測和在線檢測技術的普及和應用。免疫傳感器(Immunosensor)是免疫測定方法與傳感技術相結合而構建的一類新型生物傳感器[1]，根據體內抗體和抗原之間能發生特異性的結合反應，通過傳感技術將這種結合發生時產生的信號檢測出來，可以應用于農產品中痕量免疫原性物質的檢測。

1 免疫傳感器概述

1.1 免疫傳感器發展簡史

1975年，Janata報道的免疫電極可以視為免疫傳感器(Immunosensor)的雛形，Herry等于1990年第一次提出了免疫傳感器的概念[1]。免疫傳感器是生物傳感器的一種，生物傳感器是使用固定化的生物分子，結合換能器，用來檢測生物體內和體外的化學物質或與之特異性作用后產生響應的一種裝置[2]。免疫傳感器則是根據生物體內抗原-抗體特異性結合并導致化學變化而設計的生物傳感器，主要由感受器、轉換器和放大器組成[3]。

1.2 免疫傳感器工作原理

根據其工作原理，免疫傳感器分為兩類，即標記性免疫傳感器和非標記性免疫傳感器。前者是利用待測抗原(或抗體)與傳感器表面的抗體(或抗原)發生特異結合時直接產生光電信號；后者則選用一定的標記物，比如酶、熒光試劑、化學發光試劑、同位素、核糖體、紅細胞或金屬標記物等，標記物可使免疫反應產生易測定的信號[4]。

1.3 免疫傳感器特點和類型

農產品檢測的常規方法主要有GC、GC-MS、HPLC、LC、AAS、HPLC-MS、MS-MS、紫外、紅外等。傳統方法可靠性高，但有一些明顯的不足，比如儀器成本昂貴、前處理復雜和檢出時間長。相比較而言，免疫傳感器具有以下顯著的優點：抗原與抗體之間是特異性結合，不容易受其他干擾，檢出限低；整個檢測過程僅需要幾分鐘至幾十分鐘，屬便攜式設備，適合在線操作。

目前常用的傳感器主要有：電化學免疫傳感器、酶免疫傳感器、光化學免疫傳感器、表面等離子共振免疫傳感器、壓電晶體免疫傳感器、免疫芯片技術等[5-7]。

2 在農產品快速檢測中的應用

2.1 微生物與毒素的檢測

Bourette等利用FIA免疫傳感器測定E.coli，原理是E.coli抗體與經戊二醛活化的有孔氨丙基玻璃珠共價結合，構成免疫傳感器，整個檢測過程不足30min，檢出限為5×107CFM/mL；Chang等使用光纖免疫傳感器，通過檢測金黃色葡萄球菌產生的蛋白A，間接測定葡萄球菌[4,8]。

Paul Leonard等將多克隆免抗李斯特菌抗體與已經熱致死的李斯特菌混合，發生抗原抗體的結合，分級離心出已連接的抗體，未發生結合的抗體與與李斯特菌濃度呈負相關，該方法檢出限與ELISA相當[4]。據相關報道，巴塞羅那Autònoma大學(UAB)研究小組開發出治致病體檢測傳感器，可以迅速準確地確定食品中致病菌類型。納米技術為監控提供了可能性，為了測試蛋黃醬樣品中的沙門氏菌，探頭就攜帶有這種細菌的DNA片段，可以確定該細菌的基因組。

農產品中的毒素具有種類多，來源廣的特點，既有生物體自身攜帶的(如河豚毒素、雪卡毒素、貝類毒素)，也有食品中的微生物代謝過程中產生的(如黃曲霉毒素、伏馬菌素)，免疫傳感器已被廣泛應用于生物毒素的檢測(見表1)。

表1 免疫傳感器檢測生物毒素的應用舉例[4]

2.2 農藥和獸藥殘留的檢測

常見的農藥殘留包括有機磷農藥、有機氯農藥、氨基甲酸酯類農藥和擬除蟲菊酯農藥殘留等；常見的獸藥殘留有抗生素殘留、磺胺類藥物殘留、激素類殘留、硝基呋喃類殘留等。

Sternesjoes等[6,9]采用表面等離子體共振(SPR)免疫傳感器快速測定脫脂牛奶和生牛奶中硫胺二甲嘧啶殘留物，檢出限低于1μg/mL，相對標準差為2%，而且該傳感器經NaOH處理后可重復使用。Zhao等[6,10]用多克隆抗多氯化聯苯(PCB)抗體制作敏感膜光纖免疫傳感器，并對農產品中的PCB進行檢測，檢出下限為10ng/mL，時間僅幾十秒鐘到幾分鐘。Brummel等[6]用菌氯酸酐乙酸(CCA)和抗CCA抗體制成一種光纖維免疫生物傳感器，能夠檢測出ppb水平下的環雙乙烯農藥殘留(如氯丹、七氯、氯甲橋萘等)。

3 免疫傳感器的研究現狀及發展趨勢[11]

國內很多高校和科研單位從事免疫傳感器的研究，主要有南京大學、華東師范大學、湖南大學、上海師范大學、西南大學和中科院長春應化所等。目前，免疫傳感器研究在國內還處于基礎階段，距離實際應用還有很長的路要走，特別是有關食品的免疫傳感器的研究還不夠多且不夠深入。中國食品安全重大科技專項行動把食品檢測免疫傳感器的研發列為重點項目，研究范圍涉及到食品中常見腸道致病菌、生物毒素、農殘和獸殘等。

3.1 免疫傳感器存在的主要問題

抗原、抗體固定化技術/敏感膜修飾方法還不夠成熟，主要表現在穩定性差，可重復檢測次數少，有待進一步完善；免疫傳感器的靈敏度還要提高，以保證檢測的準確性和精確性；生物相應的穩定性是一個重要的因素，生物傳感器在使用中都有信號下降的問題，變異系數可達5%～15%；酶的價格一般比較昂貴，抗體的的種類有限且制備過程費時費力，因此需要尋求新的基因工程生產技術；電極成本與電極再生問題；免疫傳感器電極的性質、體積以及電極材料的成本，是商業化的關鍵，當前的免疫傳感器不容易批量生產，僅局限于實驗室應用[11]。

3.2 免疫傳感器的發展趨勢

免疫傳感器的發展趨勢主要呈現以下幾個特點：標記物的層出不窮，從酶、熒光發展成膠乳顆粒、膠體金、磁性顆粒和金屬離子等；隨著絲網印刷技術的成熟，其靈敏度、穩定性、簡便性將進一步提高；與計算機連用，向智能化、操作自動化方向發展；廉價的一次性免疫傳感器潛力巨大；可在電極上固定多種抗體，從而同時進行多元測定；在食品、醫學、環境和發酵等領域的應用將更加廣泛。雖然國內傳感器的研究單位較多，但傳感器知名生產企業卻寥寥無幾[6]。傳感器研究與應用的脫節，導致中國傳感器長期依賴進口。因此，如何將國內傳感器產業做大做強是傳感器工作者的當務之急,中國傳感器商品化和產業化進程任重而道遠。

[1] 溫志立，汪世平，沈國勵.免疫傳感器的發展概述[J].生物醫學雜志，2001，18(4):642-646.

[2] 耿敬章，仇農學.生物傳感器及其在食品農藥殘留檢測中的應用[J].糧油食品科技，2005.1(13):42-43.

[3] 司士輝.生物傳感器[M].北京:化學工業出版社，2003.63-82.

[4] 刑少璟，劉潔生.免疫傳感器在食品污染檢測中的應用[J].食品科學，1999，8:6-8.

[5] 李業梅，代月.生物傳感器的應用和發展趨勢[J].鄖陽師范高等專科學校學報，2004.6(24):3.

[6] 刑豐峰，趙廣英.免疫傳感器在食品檢測中的應用及相關思考[J].食品研究與開發，2006.27(3):98-99.

[7] 陳福生，高志賢，王建華.食品安全檢測與現代生物技術[M].北京:化學工業出版社，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] 第九屆全國化學傳感器學術會議論文集[M].2005.

[11] 湯琳，曾光明，黃國和,等.免疫傳感器用于環境中痕量有害物質檢測的研究進展環境科學[J].2004，7(4):170-176.

2015-01-17

左雄，男，工學學士，主要從事農產品安全檢測工作。