電化學酶免疫傳感器在食品安全檢測中的研究進展

丁建英，沈 唐，顧春海

（常熟理工學院生物與食品工程系，江蘇常熟215500）

電化學酶免疫傳感器在食品安全檢測中的研究進展

丁建英，沈 唐，顧春海

（常熟理工學院生物與食品工程系，江蘇常熟215500）

電化學酶免疫傳感器是一種標記型的免疫傳感器，它結合了酶的放大作用和免疫傳感器的靈敏度及特異性，是近幾年來研究最多、發展最快，應用最廣的一種免疫傳感器。本文綜述了電化學酶免疫傳感器的特點及其在食品安全領域（包括食源性致病菌、生物毒素、藥物殘留等）的研究應用進展，并且對酶免疫傳感器的發展前景進行了展望。

酶免疫傳感器，食品安全，檢測

Abstract：Electrochemical enzyme-linked immunosensor（ EEIS）is a marker of immune-type sensor，It is a combination of enzyme amplification and the sensitivity and specificity of the immunesensors.It is the most fully studied in recent years，the fastest growing，most widely used immunesensor.This paper reviewed the characteristics of the EEIS and its research and application progress in the field of food safety（including food-borne pathogens，biological toxins，drug residues，etc.），and looked forward to the future development of enzyme EEIS.

Key words：immunosensor；food safety；detection

近年來由于食品安全問題層出不窮，食品安全的快速檢測方法的研究越來越受到人們的關注，傳統的免疫學檢測方法被廣泛應用于食品安全檢測［1］。電化學酶免疫傳感器是近幾年發展起來的一項新技術，它是將酶電極［2］的化學放大作用與免疫傳感器的特異性、靈敏性相結合，檢測研究效果優于普通的免疫傳感器。電化學酶免疫傳感器具有檢測設備相對簡單、使用方便、構制酶電極方法靈活、體系容易集成化、微型化等優點，同時無需對樣品進行復雜的前處理。電化學酶免疫傳感器在生物醫學研究［3］、環境監測［4］等領域有了較多的研究應用，同樣在食品安全檢測領域也有了較多的應用研究。本文就酶免疫傳感器在食源性病源菌、生物毒素、藥物殘留等方面的研究應用進展作一綜述。

1 電化學酶免疫傳感器概述

1.1 電化學酶免疫傳感器的概念

1990年Henry等提出了免疫傳感器的概念［5］。免疫傳感器以免疫反應為基礎，根據免疫反應中是否使用標記物又可分為非標記型免疫傳感器和標記型免疫傳感器。電化學酶免疫傳感器是將抗原、抗體的免疫反應和酶的高效催化反應有機結合而發展起來的一種融合性技術。它結合了酶催化放大作用、抗原抗體的特異性識別作用和傳感器測定的高靈敏度的優點［6］。

1.2 電化學酶免疫傳感器的原理

酶免疫傳感器的基本原理是通過酶的催化放大作用和免疫分析的高特異性，將酶與抗體或抗原結合起來，形成酶標記物，這些酶標記物仍保持其免疫活性，然后它與相應的抗原或抗體起反應，形成酶標記的或含酶的免疫復合物。再利用結合在免疫復合物上的酶對相應的底物催化作用，使底物發生水解、氧化或還原反應，或形成共價鍵結合點，通過電化學分析方法進行定性、定量測定。常用的電化學酶免疫傳感器有以下幾種類型：電導測量式、電位測量式、電流式、壓電式電容式，其中較常用的是電流式酶免疫傳感器。

1.3 電化學酶免疫傳感器的特點

目前，食品檢測的尖端儀器主要是HPLC、AAS、GC-MS、MS-MS、GLC、GC/MS/MS 等，而這些儀器普遍暴露出成本昂貴、操作復雜和檢測時間長等缺點。與上述儀器相比，電化學酶聯免疫傳感器無放射性污染，試劑便宜且穩定，檢測設備相對簡單，使用方便，構制酶電極方法靈活，體系容易集成化，微型化等優點［2］，易于在中小型實驗室中實現操作，便于普及和推廣，因此近年來得到了廣泛的應用。

2 電化學酶免疫傳感器在食品安全檢測中的研究應用

基于抗原-抗體特異性結合的工作原理，結合酶的催化作用，酶免疫傳感器在食品安全檢測中有了廣泛的研究應用，不但應用于食品中生物性危害檢測，主要包括致病菌、病毒、毒素等，而且在食品的藥物殘留檢測方面也有不少研究應用。

2.1 檢測食源性病源菌

食源性病源菌是引起人類食物中毒的最主要原因。常見的食源性病源菌有致病性大腸桿菌、沙門氏菌、單增李斯特菌、金黃色葡萄球菌等［7-9］。免疫傳感器的出現極大地推進了食源性病源菌快速檢測的發展，也使食品工業生產和包裝過程微生物自動檢測成為可能。馬靜等［10］人建立一種快速檢測大腸桿菌O157∶H7的新型電化學酶免疫傳感器。用靜電吸附作用和抗原抗體特異性反應將大腸桿菌O157∶H7單克隆鼠抗固定在辣根過氧化物酶標記的羊抗鼠IgG/納米金修飾的玻碳電極表面，制備用于檢測大腸桿菌O157∶H7的酶免疫傳感器。通過循環伏安法和恒電位法測定大腸桿菌O157∶H7被固定在電極表面引起的電信號改變進行定量分析。Vanessa［11］等用兔免疫球蛋白和酪氨酸酶固定于巰基丙酸膜修飾的金電極表面，利用競爭酶免疫學的檢測原理對金葡菌進行定量檢測。傳感器顯示的檢測范圍為4.4×105～1.8×107cfu/mL，最低檢出限為1.7×105cfu/mL，并且用于牛奶樣品的檢測。

2.2 檢測食品中的毒素

食品中毒素的種類繁多，食品在產前、運輸、加工及銷售等環節都有可能被污染，而且有些毒性大，很多有致畸、致癌作用。為了防止毒素超標的食品和飼料直接進入食物鏈，加強對其檢測非常必要。黃曲霉毒素是一種常見的霉菌毒素，主要存在于玉米、花生等多種食物中，它是由黃曲霉和寄生曲霉產生的次生代謝產物，常見的幾種黃曲霉毒素的毒性按大小順序排列依次是 B1、M1、G1、B2、G2，B1 是最危險的致癌物，被國際癌癥研究機構確定為I類致癌物，黃曲霉毒素M1是動物攝入黃曲霉毒素B1后在體內經羥基化代謝的產物，一部分從尿和乳汁排出，一部分存在于動物的可食部分，如乳、肝、蛋類、腎、血和肌肉中，其中以乳最為常見。2005年Micheli L［12］等研制了基于絲網印刷電極的免疫傳感器用于AFM1的檢測，將AFM1抗體固定于電極表面，用酶標AFM1抗原與待測的AFM1與絲網印刷電極表面的AFM抗體發生競爭免疫反應，從而對樣品中AFM進行檢測，其最低檢出限為 25PPT，檢出線性范圍為30～160PPT，并直接用于牛奶中AFM1的檢測。2008年Ai-Li［13］等在玻碳電極表面用咪唑四氟硼酸修飾及二氧化鈦Nafion膜再通過納米金吸附酶標AFB1抗體，制備成用于檢測AFB1的電化學酶免疫傳感器，傳感器對濃度為0.1～12ng/mL的AFB1呈良好的線性關系，最低檢出限為 0.05ng/mL，與傳統的ELISA相比顯示出良好的準確性。

2.3 藥物殘留的檢測

食品中的藥物殘留包括植物產品中的農藥殘留和動物產品中的獸藥殘留，對藥物殘留的檢測主要方法是氣相色譜-質譜和液相色譜-串聯質譜法及酶聯免疫實驗，這些檢測方法需有高檔的檢測儀器及樣品前處理復雜，無法用于食品的快速現場檢測，因此對于食品藥物殘留的電化學酶免疫傳感器有了較多的研究應用。

2.3.1 農藥殘留的檢測 農藥殘留是指使用農藥后，殘存在植物體內、土壤和環境中的農藥及其有毒代謝物。農藥殘毒就是殘留在食品中的農藥毒性。如果未按照國家安全使用規定施用農藥和進行農產品采收，或違反國家規定使用高毒農藥，農產品就會有農藥殘毒，就會對食用者身體健康造成危害，嚴重時會造成身體不適、嘔吐、腹瀉甚至導致死亡的嚴重后果。

Wilmer［14］用堿性磷酸酶標記的單克隆抗體，用一個電化學酶免疫傳感器測定了水中2，4-二氯苯氧基乙酸的含量，檢測限為0.1!g/L。

Starodub N F等人［15］用葡萄球菌A蛋白將抗西瑪津的多克隆抗體連接在酶ISFET（離子敏場效應晶體管）生物傳感器門柵上，通過2種方式檢測試樣中的西瑪津（除草劑）：一種是待測液中同時存在已知量的被過氧化物酶標記的西瑪津和未知量的待測西瑪津，二者與ISFET上的抗體競爭結合，通過測量結合在ISFET上的酶活性即可確定西瑪津的濃度，此方式的檢測限為1.25!g/L，線性范圍為5～17!g/L；另一種是先將ISFET插入待測液中，使抗體與其中的西瑪津充分結合，然后，再將此ISFET插入含有酶標記的西瑪津液中，使未被結合的抗體與被酶標記的西瑪津結合，通過測量結合在ISFET上的酶活性即可確定西瑪津的濃度，其檢測限為0.65!g/L，線性范圍為 1.25～18!g/L。

2.3.2 獸藥殘留的檢測 動物性食品中的獸藥殘留問題日益受到人們的關注，獸藥殘留已成為食品安全中最重要的問題之一。動物性食品中最常見的獸藥殘留是激素和抗生素的殘留。上海交通大學的朱將偉等根據競爭酶免疫反應原理設計的傳感器在檢測肉類食品中的激素殘留獲得了較好的效果。其設計的己烯雌酚傳感器是由過氧化氫電極和己烯雌酚抗體膜組成，將一定量的過氧化氫酶標記的己烯雌酚加到待測樣品中，酶標記的及未標記的己烯雌酚會與膜上的己烯雌酚抗體發生競爭反應，測定酶標己烯雌酚與抗體的結合率便可知食品中己烯雌酚的含量［17］。該免疫傳感器檢測限可達 8!g/kg，與ELISA法相當，但檢測時間僅為20min。

李孝君［18］等將玻碳電極（GCE）表面氧化處理后，用戊二醛（GA）作交聯劑，將新亞甲藍（NMB）及辣根過氧化酶（HRP）標記的青霉素多克隆抗體（Ab3）修飾到電極表面，制成高靈敏電流型青霉素免疫傳感器，傳感器對雞肉中含有的青霉素檢測的線性范圍是5～45ng/g，最低檢出限為1.90ng/g。

3 展望

電化學酶免疫傳感器已被廣泛應用于醫學、生物學、檢疫學等方面，它是酶電極催化放大作用與高靈敏度的電化學分析及特異性的免疫分析技術有機結合，具有結構緊湊、使用方便、成本低、檢測限低、可微型化、信號倍增等特點，因此在食品安全的現場快速檢測方面有廣闊的發展前景。

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Research progress of electrochemical enzyme-linked immunosensor in detection of food safety

DING Jian-ying，SHENG Tang，GU Chun-hai
（Department of Biological and Food Engineering，Changshu Institute of Technology，Changshu 215500，China）

TS201.1

A

1002-0306（2010）10-0415-03

2009-09-18

丁建英（1967-），女，講師，研究方向：食品安全快速檢測。