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表面等離子共振傳感器快速檢測(cè)農(nóng)藥殘留的研究進(jìn)展

文檔作者：劉霞1,2*, 李蕾1, 李文進(jìn)1, 楊陽(yáng)1, 毛祿剛1 文檔來(lái)源： 1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院 2. 湖南大學(xué)化學(xué)生物傳感與計(jì)量學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年06月16日
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第4 卷 第2 期 食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào) Vol. 4 No. 2
2013 年4 月 Journal of Food Safety and Quality Apr. , 2013
基金項(xiàng)目: 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31201375)、湖南省教育廳優(yōu)秀青年項(xiàng)目(10B050)、長(zhǎng)沙市科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(K1005181-21)
Fund: Supported by the National Natural Science Foundation of China (31201375), Hunan Provincial Education Department (10B050) and Key
Project of Science and Technology Plan of Changsha (K1005181-21)
*通訊作者: 劉霞，副教授，主要研究方向?yàn)槭称贩治雠c生物技術(shù)。E-mail: liuxiaspr@gmail.com
*Corresponding author: LIU Xia, Associate Professor, College of Food Science and Technology, Hunan Agricultural University, No.1, Nongda
Road, Furong District, Changsha 410128, China. E-mail: liuxiaspr@gmail.com
表面等離子共振傳感器快速檢測(cè)
農(nóng)藥殘留的研究進(jìn)展
劉 霞1,2*, 李 蕾1, 李文進(jìn)1, 楊 陽(yáng)1, 毛祿剛1
(1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院, 食品科學(xué)與生物技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 長(zhǎng)沙 410128;
2. 湖南大學(xué)化學(xué)生物傳感與計(jì)量學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 長(zhǎng)沙 410082)
摘要: 為確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全, 發(fā)展高靈敏檢測(cè)技術(shù)對(duì)農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測(cè)尤為重要。本文簡(jiǎn)要介紹了表面等
離子共振(surface plasmon resonance, SPR)傳感器的原理和增強(qiáng)SPR 檢測(cè)靈敏度的方法, 重點(diǎn)綜述了國(guó)內(nèi)外應(yīng)
用SPR 傳感器檢測(cè)農(nóng)藥殘留的研究現(xiàn)狀, 分析了SPR 檢測(cè)農(nóng)藥殘留的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞: 農(nóng)藥殘留; 表面等離子共振; 生物傳感器; 納米粒子
Research progress on the detection of pesticide residues by surface
plasmon resonance sensor
LIU Xia1,2*, LI Lei1, LI Wen-Jin1, YANG Yang1, MAO Lu-Gang
(1. Hunan Province Key Laboratory of Food Science and Biotechnology,College of Food Science and Technology, Hunan Agricultural
University, Changsha 410128, China; 2. State Key Laboratory of Chemo/Biosensing and Chemometrics,
Hunan University, Changsha 410082, China)
ABSTRACT: To ensure the safety and quality of agricultural products, it is becoming very important to develop
high sensitivity techniques for detection of pesticide residues. The paper introduced principle of surface
plasmon resonance (SPR) sensor and method of enhancing SPR sensitivity. This review focused on the research
progress of SPR sensor for detecting pesticide residues. Moreover, the advantages and development tendency of
SPR were also analyzed for detection of pesticide residues.
KEY WORDS: pesticide residues; surface plasmon resonance sensor; biosensor; nanoparticles
1 引 言
農(nóng)藥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的生產(chǎn)資料。目前世
界各國(guó)投入使用的農(nóng)藥種類多達(dá)1400 種。由于農(nóng)藥
不合理、不規(guī)范的大量使用, 其不僅殘留在農(nóng)產(chǎn)品表
面, 且部分農(nóng)藥在降解過(guò)程中形成有毒物質(zhì), 污染土
壤、地表及地下水, 這不僅會(huì)對(duì)人體健康造成傷害,
也使得我國(guó)在出口貿(mào)易中遭受種種限制, 進(jìn)而影響
我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此, 為了預(yù)防和控制農(nóng)藥殘留,
迫切需要不斷完善或者發(fā)展高靈敏度的農(nóng)藥殘留檢
測(cè)技術(shù)[1, 2]。
農(nóng)藥殘留分析是復(fù)雜混合物中痕量組分的分析
322 食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào) 第4 卷
技術(shù), 目前主要檢測(cè)方法有色譜分析法、生物檢測(cè)法
(酶抑制法)、免疫分析法等[3]。色譜法具有選擇性好、
分離效率高和多組分同時(shí)分析等優(yōu)點(diǎn), 特別是與質(zhì)
譜聯(lián)用(GC/MS 或HPLC/MS)[4-5]一直承擔(dān)著農(nóng)藥殘
留的常規(guī)檢測(cè)任務(wù), 但其樣品前處理復(fù)雜、檢測(cè)周期
長(zhǎng)、需熟練的技術(shù)員、儀器及其維護(hù)成本高, 不適于
現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。免疫學(xué)方法因其方便快捷、特異性強(qiáng)、分
析容量大、檢測(cè)成本低、安全可靠而發(fā)展迅速, 特別
是酶聯(lián)免疫分析方法(emzyme-linked immunosorbent
assay, ELISA)和非均相免疫分析法成為農(nóng)殘檢測(cè)中
的常用方法, 但其對(duì)于小分子檢測(cè)的靈敏度變異較
大, 檢測(cè)結(jié)果不夠精確[6]。為了提高農(nóng)殘檢測(cè)的靈敏
度, 研究人員將免疫學(xué)、分子印跡法和納米技術(shù)等分
析方法與相關(guān)檢測(cè)技術(shù)及儀器聯(lián)用, 開發(fā)了多種高
靈敏度的檢測(cè)方法, 例如免疫熒光分析技術(shù)、免疫金
技術(shù)和生物芯片技術(shù), 以及表面增強(qiáng)拉曼散射光譜
檢測(cè)技術(shù)[7]、生物傳感器檢測(cè)技術(shù)[8]等。雖然這些檢
測(cè)技術(shù)提高了檢測(cè)靈敏度, 但也存在一些不足, 如熒
光分析操作復(fù)雜需熒光標(biāo)記, 對(duì)樣品前處理、實(shí)驗(yàn)環(huán)
境和操作條件要求較高[9]; 表面增強(qiáng)拉曼散射光譜需
要較強(qiáng)的圖譜解析能力[10]。生物傳感器由于其靈敏
高、選擇性好、分析速度快、成本低等優(yōu)點(diǎn)在農(nóng)殘檢
測(cè)領(lǐng)域發(fā)展迅速, 尤其是表面等離子共振(surface
plasmon resonance, SPR)傳感器。
SPR 是基于物質(zhì)折射率的動(dòng)態(tài)變化原理進(jìn)行測(cè)
定的, 是一種無(wú)需標(biāo)記的現(xiàn)代檢測(cè)手段, 具有靈敏度
高、檢測(cè)快、耗樣量少、前處理簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)及芯片可
重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn), 已在生命科學(xué)[11]、食品[12]、環(huán)境[13]、
案件偵破[14]、材料[15]等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。近年出
現(xiàn)了多種模式的SPR 分析儀, 樣品池也由單通道發(fā)
展到多通道, 檢測(cè)方式由點(diǎn)檢測(cè)發(fā)展到成像(surface
plasmon resonance imaging, SPRI)檢測(cè)。目前在我國(guó),
SPR 在農(nóng)藥殘留檢測(cè)領(lǐng)域仍處于起始階段。
2 SPR 原理
表面等離子共振是一種物理光學(xué)現(xiàn)象。當(dāng)一束
P-偏振光以一定的角度入射到起光學(xué)波導(dǎo)作用的棱
鏡中時(shí), 若入射角大于臨界角, 在棱鏡與其底部表面
金屬薄膜(一般為50 nm的金膜)的界面處將發(fā)生全內(nèi)
反射。此時(shí), 金屬與棱鏡界面處的電場(chǎng)并不立即消失,
而是向金屬介質(zhì)中傳輸振幅呈指數(shù)衰減的消失波,
并引發(fā)金屬薄膜中的自由電子形成表面等離子體
(surface plasmon, SP)。SP 的集體振蕩能夠產(chǎn)生一種
沿著界面?zhèn)鞑サ臋M向電磁波, 即表面等離子波
(surface plasmon wave, SPW)。當(dāng)消失波的波矢量與
SPW 的波矢量相等時(shí), 兩者將會(huì)發(fā)生共振, 且入射
光的能量將會(huì)被SP 吸收, 反射光強(qiáng)度達(dá)到最小, 并
在SPR 反射光譜上出現(xiàn)共振峰, 對(duì)應(yīng)的入射光角度
稱為“SPR 角”。“SPR 角”的改變隨金屬薄膜表面折射
率的改變而改變, 任何附著在金屬薄膜表面物質(zhì)的
量、構(gòu)型等發(fā)生改變時(shí), 均可被SPR 檢測(cè)出來(lái)[16, 17]。
3 增強(qiáng)SPR 檢測(cè)靈敏度的方法
由于分子量小于1000 Da 的物質(zhì)(如農(nóng)獸藥、生
物毒素等)很難引起SPR 表面折射率發(fā)生大的改變,
故研究人員一般采用競(jìng)爭(zhēng)法、三明治法對(duì)其進(jìn)行檢
測(cè)[18]。以抗體為特異性識(shí)別分子, 競(jìng)爭(zhēng)法是指先將半
抗原(待測(cè)物)-蛋白質(zhì)耦合物固定在芯片表面, 然后
通入固定濃度的抗體與待測(cè)物的混合液, 使芯片表
面固定的半抗原與混合溶液中的待測(cè)物競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合溶
液中的抗體。當(dāng)溶液中待測(cè)物濃度減少時(shí), 芯片表面
結(jié)合的抗體就多, SPR 響應(yīng)信號(hào)相應(yīng)增大, 因此SPR
響應(yīng)信號(hào)與待測(cè)物濃度呈反比關(guān)系。三明治法則先將
抗體(一抗)固定在芯片表面, 然后引入抗原, 待其與
芯片表面的抗體結(jié)合之后, 再引入二抗進(jìn)行檢測(cè)。由
于農(nóng)藥系小分子, 一般沒(méi)有免疫源性, 不能夠直接產(chǎn)
生抗體, 因而需要半抗原化后才能形成免疫應(yīng)答產(chǎn)
生特異性抗體, 這也使得一個(gè)農(nóng)藥小分子只有一個(gè)
或者部分抗原決定簇, 不能同時(shí)與兩個(gè)抗體分子結(jié)
合形成三明治結(jié)構(gòu), 因此競(jìng)爭(zhēng)法成為SPR 檢測(cè)農(nóng)藥
小分子的常用方法。
由于金屬納米粒子本身具有較大的折射率, 且
其表面等離子體與金膜的表面等離子體可發(fā)生耦合,
從而顯著增強(qiáng)SPR 的響應(yīng)信號(hào)。且不同的粒子形狀
與大小, 對(duì)SPR 響應(yīng)信號(hào)的影響程度也不同。為了進(jìn)
一步提高SPR 檢測(cè)靈敏度, 研究人員采用金納米粒
子(gold nanoparticles, AuNPs)標(biāo)記特異性識(shí)別分子或
待測(cè)物, 用于增強(qiáng)SPR 響應(yīng)信號(hào), 已得到了廣泛應(yīng)
用。由于磁性納米材料的快速發(fā)展, 近年來(lái)研究者發(fā)
現(xiàn)磁納米粒子(magnetic nanoparticles, MNPs)也可顯
著增強(qiáng)SPR 靈敏度, Wang 等[19]人利用光柵耦合型
SPR 生物傳感器, 采用四種方法對(duì)人體絨毛膜促性
第2 期 劉 霞, 等: 表面等離子共振傳感器快速檢測(cè)農(nóng)藥殘留的研究進(jìn)展 323
腺激素(β human chorionic gonadotropin, βhCG)進(jìn)行
了檢測(cè)。方法一為直接法, 他們先將βhCG 抗體固定
在傳感器表面, 然后通入βhCG 直接進(jìn)行檢測(cè), 檢測(cè)
限為6 nmol/L; 方法二為傳統(tǒng)的三明治法, 其檢測(cè)限
為 4.5×10-11 mol/L; 方法三采用MNPs 標(biāo)記二抗的三
明治法, 其檢測(cè)限為4.5 pmol/L; 方法四為采用
MNPs 標(biāo)記抗體的競(jìng)爭(zhēng)法, 其檢測(cè)限為0.9×10-12
mol/L。方法三與四, 不僅增強(qiáng)了SPR 響應(yīng)信號(hào), 而
且縮短了檢測(cè)時(shí)間。Turun[20]采用四種不同方法對(duì)大
腸埃希氏菌(Escherichia coli, E.coli)進(jìn)行了SPR 檢
測(cè)。四種方法分別為基于抗體-抗原特異性結(jié)合、抗
生素-生物素相互作用的特異性和抗體單分子自組裝
層, 以及利用磁核-金殼納米粒子分離待測(cè)物并將其
固定在金膜表面進(jìn)行SPR 光譜細(xì)菌計(jì)數(shù)的方法。第
四種方法的靈敏度較前三種高, 其檢測(cè)范圍為30
cfu/mL ~3.0×104 cfu/mL, 檢測(cè)限為3 cfu/mL。
4 SPR 檢測(cè)農(nóng)藥殘留的研究進(jìn)展
目前SPR 生物傳感器檢測(cè)農(nóng)藥殘留的研究主要
集中在環(huán)境監(jiān)控和飲用水以及部分農(nóng)產(chǎn)品中殘留的
除草劑、殺蟲劑、殺菌劑及其自然降解物或農(nóng)藥中間
體等方面。
4.1 三嗪類除草劑
三嗪類除草劑是一類傳統(tǒng)的農(nóng)藥, 由于其具有
內(nèi)分泌干擾劑的性質(zhì), 2007 年底歐盟停止了所有三
嗪類除草劑在農(nóng)業(yè)中的使用。但目前在我國(guó)使用量仍
然很大, 對(duì)生態(tài)環(huán)境和食品安全造成極大的危害[21]。
SPR 技術(shù)針對(duì)三嗪類除草劑檢測(cè)的主要品種有西瑪
津、阿特拉津和莠滅凈三類。
最早利用SPR 技術(shù)實(shí)現(xiàn)西瑪津檢測(cè)是在1997 年,
當(dāng)時(shí)Mouvet 等[22]人應(yīng)用波長(zhǎng)型SPR(wave surface
plasmon resonance, WSPR)生物傳感器分別對(duì)地下水
和地表水中的西瑪津進(jìn)行了檢測(cè)。此后, Harris[23]分
別利用抗西瑪津的IgG 抗體和抗西瑪津抗體片段
(antibody fragment, Fab), 采用競(jìng)爭(zhēng)法對(duì)西瑪津進(jìn)行
檢測(cè), 其最低檢測(cè)限分別為0.16、0.11 μg/L, 該實(shí)驗(yàn)
耗時(shí)20 min。2005 年, Nabok[24]通過(guò)靜電自組裝技術(shù)
在金膜表面修飾了一層聚烯丙基胺鹽酸鹽((poly)
allylamine hydrochloride), 然后固定蛋白A, 再將特
異性抗體固定在其表面, 分別對(duì)西瑪津和阿特拉津
進(jìn)行了檢測(cè)。此外, 該實(shí)驗(yàn)研究了傳感器表面依次吸
附不同電介質(zhì)后, 基質(zhì)膜厚度與修飾層厚度對(duì)檢測(cè)
靈敏度的影響。
阿特拉津由1957 年上市, 在三嗪類除草劑盛行
時(shí)期使用量最大[12]。1998 年Strachan[25]首次利用
BIAcore 2000, 對(duì)分別從植物和細(xì)菌中提取的單鏈抗
阿特拉津抗體片段(single-chain antibody fragment,
scAb)和單克隆抗體與阿特拉津結(jié)合的親和力進(jìn)行了
研究。實(shí)驗(yàn)表明, 抗阿特拉津scAb 比單克隆抗體對(duì)
阿特拉津的親和力更高。該研究為今后農(nóng)藥小分子抗
體的制備提供了新思路。同期Chegel[26]將D1 蛋白固
定在金膜表面, 利用阿特拉津的光合抑制作用[27],
對(duì)阿特拉津進(jìn)行了檢測(cè), 檢測(cè)范圍為0.05 ～ 5.0
μg/mL。隨后, Nakamura[28]利用組氨酸標(biāo)記紫細(xì)菌
(purlpe bacterium) 的光反應(yīng)中心(reaction centers,
RCs), 通過(guò)鎳-氨基三乙酸(nickel-nitrilotriacetic acid)
的鎳化學(xué)螯合作用將其固定在芯片表面, 捕獲阿特
拉津。在0.1~1 μg/mL 濃度范圍內(nèi), SPR 響應(yīng)值與分
析物濃度成正比, 且該方法的檢測(cè)靈敏度高于同濃
度范圍內(nèi)SPR 免疫分析法的靈敏度。2003 年該實(shí)驗(yàn)
小組[29]利用相似的鎳化學(xué)螯合作用將亞基組氨酸標(biāo)
記的光反應(yīng)中心(heavy-subunit-histidine-tagged RCs,
HHisRCs)固定在芯片表面, 對(duì)阿特拉津的檢測(cè)做了
進(jìn)一步研究。該方法的檢測(cè)范圍為1~100 μg/mL, 檢
測(cè)限為1 μg/mL。對(duì)具有相同光反應(yīng)抑制作用的敵草
隆(DCMU), 其檢測(cè)限可達(dá)20 μg/mL。2007 年,
Farré[30]利用芯片表面修飾的烷基硫醇自組裝單分子
層(self-assembled monolayers, SAMs)將阿特拉津衍
生物固定在芯片表面, 應(yīng)用便攜式SPR 生物傳感器,
分別采用競(jìng)爭(zhēng)法檢測(cè)了緩沖液和河水中的阿特拉津,
檢測(cè)限分別為20 pg/mL, 26 ng/mL。該芯片可循環(huán)再
生120 多次, 經(jīng)連續(xù)使用一個(gè)月之后還能保持檢測(cè)結(jié)
果的一致性。
莠滅凈是理想的苗前和苗后選擇性除草劑, 廣
泛用于去除甘蔗、菠蘿、玉米等耕地雜草[31]。2012
年, Zhao[32]以甲基丙烯酸(methyl acrylic acid, MAA)
為官能團(tuán)單體, 乙二醇二甲基丙烯酸酯(ethylene
glycol dimethacrylate, EGDMA)為交聯(lián)劑, 利用表面
原子自由基聚合作用(surface-initiated atom transfer
radical polymerization, ATRP)在芯片表面形成分子印
記膜, 特異性識(shí)別大豆和大米樣品中的莠滅凈。其檢
測(cè)限分別為3.51×10–8、6.19×10–8 mol/L。該研究驗(yàn)證
324 食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào) 第4 卷
了分子印跡傳感膜結(jié)合SPR 檢測(cè)農(nóng)藥小分子的可行
性。
4.2 有機(jī)氯、有機(jī)磷類殺蟲劑
有機(jī)氯、有機(jī)磷殺蟲劑是農(nóng)藥中的一個(gè)大類, 曾
一度被廣泛使用, 其中二氯二苯基三氯乙烷(DDT)曾
是有機(jī)氯殺蟲劑中使用最多的一種, 其在環(huán)境中很
難降解, 并能在食物鏈中富集, 對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重, 雖
然很多國(guó)家和地區(qū)已禁止使用, 但在環(huán)境中的殘留
依然存在。毒死蜱、高滅磷、丙溴磷則是有機(jī)磷殺蟲
劑中常用的品種。
2006~2007 年間, Mauriz 小組利用經(jīng)典的氨基偶
聯(lián)方法將抗體固定在SPR 傳感器芯片表面, 針對(duì)
DDT 和毒死蜱檢測(cè)做了一系列研究[33-34], 其DDT 的
檢測(cè)限可達(dá)15 pg/mL; 分別對(duì)地表水、河水及飲用水
中的毒死蜱殘留進(jìn)行檢測(cè), 其檢測(cè)范圍為45～64
ng/L。在此基礎(chǔ)上, 該小組建立了單組分和多組分同
時(shí)檢測(cè)的模式, 即通過(guò)預(yù)先固定一種特異性抗體或
多種不同農(nóng)藥的特異性抗體來(lái)檢測(cè)一種或者同時(shí)檢
測(cè)多種農(nóng)藥。該兩種分析模式對(duì)比實(shí)驗(yàn)中, 毒死蜱的
檢測(cè)限[35]基本一致(單組分52 ng/L、多組分58 ng/L);
多組分研究中[36]毒死蜱的檢測(cè)限為52 ng/L, 西維因
為50 ng/L, DDT 為18 ng/L。該分析方法不需要生物
標(biāo)記和空間表面改性, 就能對(duì)分析物實(shí)現(xiàn)高靈敏、簡(jiǎn)
便、快速地檢測(cè)。2007 年該小組分別利用SPR 傳感
器表面修飾的羧基單分子層和氨基單分子層固定半
抗原的衍生物后, 采用競(jìng)爭(zhēng)法對(duì)人體尿液中毒死蜱
中間體三氯吡啶酚(3,5,6-trichloro-2-pyridinol, TCP)
殘留[37]進(jìn)行了檢測(cè)。結(jié)果表明, 前者的SPR 響應(yīng)信
號(hào)要高于后者的響應(yīng)信號(hào), 檢測(cè)限為0.1~0.24 μg/L。
隨著分子印跡技術(shù)(molecularly imprinted polymer,
MIP)的快速發(fā)展, 目前已有研究小組將其引入農(nóng)藥
殘留的SPR 檢測(cè)中。該方法一般是將巰基十一烷酸
自組裝在芯片表面形成單分子層, 然后通過(guò)
EDC/NHS 活化羧基后將2-乙基-5-苯基異惡唑-3′-磺
酸鹽(NEPIS)固定在羧基單分子層上, 再以甲基丙烯
酸(MAA)為官能單體、三羥甲基丙烷甲基丙烯酸酯
(TRIM)為交聯(lián)劑, 通過(guò)熱引發(fā)聚合反應(yīng)形成農(nóng)藥小
分子的分子印跡膜, 用于SPR 分析。2011 年, Wei[38]
利用WSPR 結(jié)合分子印記膜法, 分別檢測(cè)了蘋果和
油菜樣品的高滅磷殘留, 其檢測(cè)限分別為
1.14×10-13、4.29×10-14 mol/L。2012 年, Dong[39]采用
MIP-SPR 技術(shù)檢測(cè)自來(lái)水中丙溴磷的含量, 其檢出
限為3.6×10-4 μg/mL。
4.3 苯氧羧酸類、氨基甲酸酯類殺蟲劑
苯氧羧酸類除草劑屬于激素類除草劑, 被廣泛
用于小麥、玉米和水稻等防除闊葉雜草[40]。2000 年
?vitel[41]利用BIAcore 2000 采用兩種方法對(duì)2,4-二氯
苯氧乙酸(2,4-D)進(jìn)行了檢測(cè)。方法一, 直接在芯片表
面固定牛血清白蛋白與2,4-D 的耦合物(BSA-2,4-D),
然后通入2,4-D 的抗體直接檢測(cè), 該方法芯片不能再
生。方法二, 首先在芯片表面固定α-D 型葡萄糖苷分
子, 然后連接伴刀豆凝集素A 與2,4-D 的耦合物
(con-A-2,4-D), 再通入抗體進(jìn)行檢測(cè), 該方法比方法
一靈敏且傳感器表面可再生200 多次, 響應(yīng)值基本不
變。但該方法檢測(cè)范圍為3~100 ng/mL, 且呈非線性
關(guān)系。隨后, Gobi[42]和Kim[43]分別用卵白蛋白(OVA)、
BSA 和2,4-D 的偶聯(lián)物對(duì)2,4-D 的檢測(cè)做了進(jìn)一步研
究, 其中OVA 偶聯(lián)法的檢測(cè)限可達(dá)0.1 ng/mL, 一個(gè)
完整的檢測(cè)周期只需3 min。BSA 偶聯(lián)法檢測(cè)飲用水
中2,4-D 的檢測(cè)限為0.1 ng/mL。此外, 應(yīng)用上述方法
分別檢測(cè)了羥基聯(lián)苯(HBP)[44]和苯甲醛(BZ)[45](檢測(cè)
限分別為0.1、50 ng/mL)。Kim[46]分別采用競(jìng)爭(zhēng)法和
基于抗生素-生物素反應(yīng)(avidin-biotin interaction)的
三明治夾心法, 利用八通道SPR 同時(shí)快速檢測(cè)了多
個(gè)濃度的2,4-D, 其檢測(cè)限分別為0.1 ng/mL 和0.008
ng/mL。
2006 年Mauriz[47]應(yīng)用便攜式SPR, 采用競(jìng)爭(zhēng)法
檢測(cè)水中的西維因。該方法無(wú)需樣品前處理, 耗時(shí)10
min, 并且芯片可再生220 次。Huang[48]將巰基十一
烷酸通過(guò)自組裝技術(shù)在芯片表面形成單分子膜, 經(jīng)
EDC/NHS 活化后與乙酰膽堿酯酶(AChE)結(jié)合形成
AChE 單分子層, 再用乙醇胺封閉未結(jié)合位點(diǎn), 分別
對(duì)AuNPs 標(biāo)記的兩種N-甲基氨基甲酸酯(ALC1,
ALC2), 進(jìn)行SPR 分析, ALC1, ALC2 的檢測(cè)限分別
為7.0×10–12、1.2×10–11 mol/L。
4.4 其他殺蟲劑與殺菌劑
1999 年, Sasaki[49]首次應(yīng)用SPR 直接檢測(cè)了醚菊
酯。該實(shí)驗(yàn)利用芯片表面修飾的乙二胺等離子聚合物
作為連接層, 將醚菊酯的多克隆抗體固定在芯片表
面后, 對(duì)醚菊酯殘留直接進(jìn)行了檢測(cè), 檢測(cè)范圍是
第2 期 劉 霞, 等: 表面等離子共振傳感器快速檢測(cè)農(nóng)藥殘留的研究進(jìn)展 325
0.5~50 mg/L。Obataya[50]小組應(yīng)用熒光猝滅的方法篩
選出5 種與DCA 特異性結(jié)合的肽, 然后將肽利用氨
基偶聯(lián)的方法固定在芯片表面, 經(jīng)半胱氨酸(L-Cys)
封閉后, 直接檢測(cè)了DCA。該實(shí)驗(yàn)為選擇特異性識(shí)
別分子提供了新思路。Gouzy[51]利用抗鼠(k 鏈)單克
隆抗體(mAb TIB 172)將抗異丙隆-鼠單克隆抗體
(mAb IOC 7E1)固定在SPR 芯片表面, 應(yīng)用競(jìng)爭(zhēng)法對(duì)
異丙隆進(jìn)行了檢測(cè), 其檢測(cè)限為0.1 μg/L。該實(shí)驗(yàn)中
mAb TIB 172 在芯片表面的循環(huán)再生可達(dá)120 次, 且
不影響抗體活性。Ding[52]分別將半胱氨酸-寡肽復(fù)合
物, 即CGGG(Cys)-RKRIRRMMPRPS(P1)和CGGG
(Cys)-RNRHTHLRTRRR (P2)固定在SPR 芯片表面,
基于P1 和P2 可特異性結(jié)合煙堿類農(nóng)藥小分子噻蟲
啉和吡蟲啉的機(jī)制, 直接對(duì)噻蟲啉和吡蟲啉進(jìn)行了
檢測(cè), 其檢測(cè)限分別為1.2×10–6 、0.9×10–6 mol/L。
5 展望與結(jié)語(yǔ)
未來(lái)農(nóng)藥殘留檢測(cè)將朝著待測(cè)樣品前處理簡(jiǎn)單、
無(wú)毒、快速、成本低廉、高靈敏、多殘留、在線監(jiān)測(cè)
以及設(shè)備高度自動(dòng)化與微型化的方向發(fā)展[53]。SPR
經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展與應(yīng)用, 其分析技術(shù)與儀器設(shè)備
都有了長(zhǎng)足進(jìn)步。多通道SPR 可實(shí)現(xiàn)高靈敏多組分
同時(shí)檢測(cè), 便攜式SPR 可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)篩選與監(jiān)測(cè),
結(jié)果穩(wěn)定可靠, 操作簡(jiǎn)便, 無(wú)需專業(yè)技術(shù)人員。而對(duì)
于農(nóng)藥小分子的SPR 檢測(cè)仍存在一些問(wèn)題：1)檢測(cè)
靈敏度不夠, 此問(wèn)題將隨著新型材料的運(yùn)用(如納米
材料)、新技術(shù)的發(fā)展(如與色譜、質(zhì)譜、光譜、電化
學(xué)等儀器的聯(lián)用)、新方法的出現(xiàn)(如分子印跡膜、酶
抑制法、寡肽序列連接等技術(shù)的結(jié)合)得到逐步改善;
2)生物識(shí)別分子的局限性將隨著適配子、配體、酶、
噬菌體、DNA 片段等代替抗體的出現(xiàn)得到逐步擴(kuò)展;
3)農(nóng)藥檢測(cè)種類的局限性, 也將隨著檢測(cè)方法的不
斷改進(jìn)而逐步擴(kuò)展。值得注意的是, SPR 檢測(cè)不需要
對(duì)樣品進(jìn)行復(fù)雜的前處理, 耗樣量少; 檢測(cè)過(guò)程簡(jiǎn)
單、安全、快速。最重要的是其具有檢測(cè)靈敏度高, 可
實(shí)時(shí)在線檢測(cè)的特性。相信隨著SPR 生物傳感器及
其檢測(cè)方法的進(jìn)一步發(fā)展與成熟, 在農(nóng)藥殘留檢測(cè)
領(lǐng)域?qū)?huì)逐步得到更加廣泛的應(yīng)用。
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(責(zé)任編輯: 趙靜)
作者簡(jiǎn)介
李蕾, 碩士研究生, 主要研究方向?yàn)槭?
品、農(nóng)產(chǎn)品的SPR 快速檢測(cè)技術(shù)。
E-mail: reneemoveon@gmail.com
劉霞, 副教授, 碩士研究生導(dǎo)師, 主要
研究方向?yàn)槭称贩治雠c生物技術(shù), 食品質(zhì)量與
安全。

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