納米酶生物傳感器在食品質量與安全檢測中的應用

趙文瀟，翟飛，楊海龍，邴欣，賈敏*

（1.山東師范大學生命科學學院，山東 濟南 250014；2.山東省產品質量檢驗研究院，山東 濟南 250012）

食品與人類生存息息相關，食品的質量與安全愈來愈受到公眾關注。食品檢測具有樣品基質復雜、檢測種類繁多及檢測組分含量低等特性。因此，針對食品質量與安全問題，開發高效便捷的檢測方法顯得至關重要。儀器分析法已被廣泛應用于食品分析中，其靈敏度高，準確性強，但該法一般需要特殊的儀器設備，成本較高，且分析檢測人員需經預先培訓才可進行操作，不利于實現現場快速檢測。相比于儀器分析法，快速檢測法具有操作簡單、試劑用量少和便攜性高等優點，因此可高效快速地實現對食品的理化分析。天然酶化學檢測法常用于酶聯免疫吸附分析（enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）等快速檢測中。然而天然酶的提取過程繁雜，成本高，且難克服易失活問題。納米酶因具有類似天然酶的良好催化活性，且其具備成本低、易制備及穩定性好等優勢，可替代或協同天然酶構建納米酶生物傳感器，使其作為分析檢測的良好補充工具。

納米酶是一種兼具納米材料性能與催化活性的模擬酶材料。具有過氧化物酶活性的納米酶比較常見，如Fe3O4最早被發現具有類辣根過氧化物酶（horseradish peroxidase，HRP）活性[1]，而后，具有其它催化活性的納米酶陸續被發現，諸如氧化物酶模擬酶、過氧化氫酶模擬酶、超氧化物歧化酶模擬酶、葡萄糖氧化酶模擬酶等。納米酶具有高效的催化活性，與天然酶相比，對底物親和力更強，Km值更低[2]。納米酶不僅催化類型多樣，種類也十分豐富，包括金屬納米酶、金屬氧化物納米酶、碳基納米酶、復合納米材料、金屬有機框架（metal-organic frameworks，MOFs）和共價有機框架（covalent organic frameworks，COFs）等，越來越多成本低、穩定性優良和功能多樣的納米酶被開發。

納米酶生物傳感器是利用納米酶構建的一種具有生物識別能力與催化能力的傳感器。由于納米酶具有可調整的酶學活性與豐富的種類，因此可根據不同的檢測需要選擇適宜的納米酶，構建多樣化的納米酶生物傳感器。本文簡述了基于納米酶的生物傳感器檢測原理及其在食品質量與安全檢測中的應用，旨在更好地利用納米酶材料，為進一步優化現有的納米酶生物傳感器性能及開發新型傳感器提供理論依據。

1 納米酶生物傳感器檢測原理

納米酶具有催化特性和納米材料特征，可以應用于各種生物分子和化學物質的檢測。納米酶生物傳感器，以納米酶為基礎元件，通過巧妙利用納米酶優良的催化活性，產生和放大信號，進而實現對待測物的檢測。基于納米酶的催化特性，納米酶可以作為信號標簽，或利用待測物與納米酶的相互作用或其對納米酶催化體系的調控作用實現對待測物的靈敏檢測。另外，納米酶還可以在反應體系中單獨使用，作為信號放大器實現輸出信號的進一步放大。納米酶除了具有催化特性外，其獨特的納米材料特征，如超順磁性，光學特性等，與催化活性一起應用于傳感器的構建，可實現傳感器性能的進一步優化。

1.1 納米酶作為信號標簽

納米酶在最初被發現時，就被用于替代天然酶，作為信號標簽構建生物傳感器[1]，是納米酶最簡單的應用方式。典型的例子是基于納米酶的ELISA方法與側向流免疫測定（lateral flow immunoassay，LFIA）技術。

已有多種具有不同催化活性的納米酶用于ELISA檢測中。傳統ELISA常以具有過氧化物酶活性的HRP作為信號標簽，在H2O2存在時可催化氧化3，3'，5，5'-四甲基聯苯胺（3，3'，5，5'-tetramethylbenzidine，TMB）產生有色信號。但天然酶HRP的成本較高，并且在復雜的檢測環境中穩定性不佳。具有類過氧化物酶活性的納米酶代替HRP作為信號標簽時，穩定性更強，靈敏度更高[3]，有的靈敏度甚至可以高出商業化ELISA 3個數量級[4]。另外，除傳統的具有過氧化物酶活性外，越來越多具有不同酶活性質的納米酶被開發，為生物傳感器的設計和構建提供更多的可能。例如，利用具有類氧化物酶活性的納米酶作為信號標簽，可在無H2O2條件下完成檢測，使檢測過程更加便捷[5]。

傳統LFIA試紙條常以金納米顆粒（gold nanoparticles，AuNPs）為信號標簽，其檢測速度快，但需要大量AuNPs聚集才可獲得可見信號，其靈敏度有待進一步提高。納米酶的高催化活性可有效改善靈敏度較低這一問題，如利用Co3O4納米酶作為信號標簽，可以實現對 3-氨基-2-惡唑酮（3-amino-2-oxazolidinone，AOZ）的高靈敏度檢測，比基于AuNPs的LFIA試紙條檢測限提高了至少3倍[6]。免疫磁珠酶催化技術用于H7N9流感病毒檢測時，其靈敏度比傳統LFIA試紙條的靈敏度高1～2個數量級[7]。

1.2 基于待測物對催化體系的調控作用

隨著對納米酶催化機理研究的深入，納米酶的應用不僅限于作為信號標簽，越來越多基于其催化機理而研發的生物傳感器不斷涌現，進一步擴大了納米酶在生物傳感器中的應用范圍。待測物的加入會抑制或促進納米酶催化反應的進程，影響反應信號輸出，且檢測信號的強弱與待測物濃度具有相關性，從而實現待測物的靈敏檢測。由于具有過氧化物酶催化活性的納米酶是目前研究最多，催化機理研究最為透徹的納米酶之一，因此，以過氧化物模擬酶為例進行論述。

1.2.1 納米酶催化底物影響信號輸出

在納米酶生物傳感器中，底物的性質及濃度將會影響納米酶催化反應的信號輸出，合理地利用待測物與納米酶催化底物之間的關系，可以構建良好的傳感平臺。首先，當待測物直接作為底物參與納米酶的催化過程時，輸出信號可與待測物建立直接的聯系。過氧化物模擬酶與天然HRP一樣，可催化H2O2，將無色顯色劑底物（如TMB）氧化為有色產物，因此可通過比色法實現對H2O2的檢測。如Li等[8]制備了具有優良類過氧化物酶活性的Pt/EMT納米復合材料，通過比色法能夠精確地檢測H2O2，檢出限低至1.1 μmol/L。其次，若待測物可與底物反應，消耗底物濃度，則會降低最終輸出信號。例如谷胱甘肽（glutathione，GSH）具有還原H2O2的性質，GSH加入量與H2O2的量成反比，進而可實現GSH的含量測定[9]。

納米酶與天然酶可以協同完成對待測物的檢測過程。納米酶與天然酶的協同性主要表現在兩方面：第一，納米酶的特殊形貌特征可為天然酶提供更多附著位點，同時穩定其催化性能。如將MoS2納米片與HRP聯用，MoS2納米片既有過氧化物酶催化活性又具有片層結構，不僅為天然酶HRP固定化提供了許多位點，也保證了后者在電極表面的高電化學活性，該材料的穩定性使其可在某些惡劣的環境中完成對H2O2的檢測[10]。第二，納米酶不同于天然酶，雖然其穩定性好，但其底物范圍較窄，酶學特性不似天然酶豐富，若將納米酶與合適的天然酶聯用，可將二者優點結合，擴大待測物的檢測范圍，實現級聯檢測。如將VS2納米薄片與葡萄糖氧化酶聯用，利用葡萄糖氧化酶催化葡萄糖生成葡萄醛酸和H2O2，利用VS2的過氧化物酶活性測定生成的H2O2，從而實現溶液中葡萄糖濃度的檢測[11]。另外，還可與乙酰膽堿酯酶和膽堿氧化酶進行偶聯，實現對乙酰膽堿和膽堿的檢測[12]。

1.2.2 納米酶催化產物影響信號輸出

待測物可通過影響產物的濃度或性質，進而影響信號輸出。首先，待測物可以消耗反應產物減少其濃度，從而降低檢測信號。Jia等[13]利用抗氧化劑可消耗反應中間產物·OH的特點，利用Co3O4納米顆粒實現天然抗氧化劑（抗壞血酸、鞣酸、沒食子酸）的檢測。其次，待測物亦可影響產物的性質從而影響信號輸出，例如Fe3O4納米酶在溫和條件下催化多巴胺，產生的熒光聚多巴胺可在480nm光激發下產生熒光，當Zn2+存在時，所產生的聚多巴胺可以在360 nm處發射出強烈的熒光，以此可構建靈敏的熒光傳感器用于檢測Zn2+[14]。

1.2.3 基于待測物與納米酶的相互作用

納米酶的表面及其結構特性對其酶活性有重要的影響。因此，可以通過待測物對納米酶表面特性或結構特性的影響，改變其催化活性，實現對待測物的檢測。納米酶的催化位點常存在于納米酶的表面，因此待測物與納米酶表面或表面吸附物相互作用時可影響納米酶的酶活。研究者利用小分子[15-18]、離子[19-22]及適配體[23-25]等物質可改變納米酶表面特性的原理，探究待測物濃度與納米酶催化活性大小之間的關系，構建生物傳感器，對待測物進行測定。例如，二氧化硅納米粒子表面負載Pt納米粒子后具有優異的類過氧化物酶活性，Hg2+能特異性抑制該硅基納米酶的催化能力，降低TMB反應的顏色變化，因此該納米酶可以實現對 Hg2+的檢測[21]。

納米酶結構改變也可對其催化性質造成影響，待測物對納米酶結構的破壞，將會降低納米酶的催化活性。如As3+可以誘導具有氧化模擬酶活性的二硫蘇糖醇修飾的Pd納米顆粒重組裝而抑制其催化活性。當As3+存在時，可以更強地螯合二硫蘇糖醇中的巰基，導致該納米酶重組裝。由于重組納米酶的類氧化酶活性大大降低，因此TMB反應受到抑制，基于此原理，可以構建比色法測定As3+[26]。另外，在酸性條件下，微量GSH可以分解MnO2納米片使其類氧化酶活性降低，TMB顯色反應降低，因此可對GSH進行識別與檢測[27]。

1.3 納米酶作為信號放大器

納米酶的催化活性，使其即使不與抗體等識別材料偶聯，也可以作為信號放大器參與待測物檢測過程。最常見的是基于比色法的信號放大系統，合理地設計傳感平臺可以實現級聯反應，極大地放大檢測信號。例如，赭曲霉毒素A（ochratoxin A，OTA）與其適配體的結合導致修飾有堿性磷酸酶的互補鏈脫落，可催化抗壞血酸-2-磷酸轉化為抗壞血酸，完成第一次信號放大過程。隨后，抗壞血酸將MnO2納米片還原為Mn2+離子，破壞MnO2納米片的模擬氧化酶活性，進而降低有色氧化產物的生成量，實現第二次的信號放大[28]。除比色方法外，納米酶信號放大系統也常被用于電化學生物傳感器的構建。納米酶用于電極修飾，通過增強電化學信號實現信號放大。如將Ag@ZIF-67納米復合材料修飾于電極時，電催化性能得到提高，對葡萄糖催化氧化活性增強，與原電極相比，改性電極的響應時間從16.5 s減少到7.3 s，靈敏度提高2.5倍[29]。

1.4 多功能納米酶在檢測中的應用

部分納米酶除了催化作用以外還具有其他功能，如磁性、可產生熒光及具有等離子體效應等特性，這些功能可使檢測過程更加便捷。

1.4.1 超順磁性

超順磁性納米酶的優勢是可進行磁驅動，使樣品具有磁富集性，只需磁鐵便可以快速分離和富集樣品待測物成分，通過催化完成檢測過程，提高檢測的靈敏度[30]。同時，超順磁性使得納米酶在檢測完成后便于回收[31]，并且在多次循環后其催化性能幾乎保持不變[32]。如血紅素-Fe3O4@聚吡咯納米不僅具有強過氧化物酶活性，可實現對GSH比色檢測，還具有易分離的可控性，能在反應結束后通過磁選去除納米酶終止反應，消除殘留催化的影響[33]。

1.4.2 熒光

部分納米酶的熒光性質，使得納米酶生物傳感平臺具有了熒光傳感能力。一般通過低濃度鑭系摻雜劑添加到主體晶格中，構建熒光納米結構[34-36]。PA-Tb-Cu MOFs由發光Tb3+、催化Cu2+和間苯二甲酸（mphthalic acid，PA）作為橋接配體組成，是一種既具催化功能又能發射熒光的雙功能納米酶。當抗壞血酸存在時，PA-Tb-Cu MOF納米酶可以催化H2O2生成H2O，同時納米酶中的Tb與抗壞血酸的O原子配位后，該物質可在310 nm激發光下發出熒光，因此可以通過熒光實現對H2O2的實時監測[34]。

1.4.3 表面增強拉曼散射（surface-enhanced raman scattering，SERS）效應

SERS是納米等離子體效應的一種，部分納米酶獨特的納米尺寸使其具有該效應。因此，開發基于納米酶的無標記SERS的生物傳感器，可以靈敏地實現對待測物的檢測過程[37-38]。例如，Au@AgNPs不僅具有類似過氧化物酶和類似葡萄糖氧化酶的雙重活性，還是超靈敏的SERS底物。當該納米酶催化葡萄糖和水產生葡萄糖酸和過氧化氫，過氧化氫氧化TMB形成藍色的氧化產物時，在1 188、1 330、1 605 cm-1處SRES信號顯著增強，可用于分析待測物中葡萄糖含量[38]。

2 在食品質量與安全檢測方面的應用

鑒于納米酶優良的特性，其在食品、環境及疾病診斷等領域應用越來越廣闊。在食品檢測方面，研究者基于上述納米酶的檢測原理，針對食品的外源污染物和內源性營養成分，開發出多種分析檢測方法。近年來，納米酶生物傳感器的研究蓬勃發展，越來越多的具有高靈敏度、強特異性的納米酶傳感器應用于食品質量與安全檢測領域。

2.1 農藥

農業的健康發展離不開農藥，農藥在病蟲害防治，提高農產品產量及質量等方面具有重要意義。但許多農藥難以降解或其降解產物仍具有較強毒性，因此，濫用農藥可導致土壤、水源和空氣等環境污染及食品污染，并可通過食物鏈的富集作用最終進入人體，威脅人類健康。針對農藥殘留的危害，聯合國糧農組織/世界衛生組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations/World Health Organization，FAO/WHO）等國際組織和各個國家均制定了嚴格的標準。研究者也開發出一系列快速、靈敏、準確的農藥殘留檢測方法，其中許多基于納米酶的檢測方法表現出良好的應用效果。

借助納米酶作為信號標簽，可實現農藥的超靈敏檢測。除了應用于構建傳統LFIA紙基試紙條外，還開發出更多新型的納米酶傳感器。Ruan等[39]利用具有過氧化物模擬酶活性的介孔核殼Pd@Pt納米顆粒標記抗體，采用3D打印技術構建納米材料增強復合電化學免疫傳感系統，可實現阿特拉津和乙草胺兩種除草劑的同時檢測。在電化學分析中，Pd@Pt納米顆粒催化乙酸硫堇與H2O2的氧化還原反應，從而提供電化學驅動信號，準確指示除草劑殘留水平。該傳感器對阿特拉津和乙草胺的檢出限可達0.24 μg/L和3.2 μg/L。

除作為信號標簽外，由于有機磷農藥具有獨特的乙酰膽堿酯酶（acetylcholin esterase，AChE）抑制特性，基于此特性，開發出多種與AChE聯用的納米酶傳感器。其基本的檢測原理為：AChE催化生成的產物可抑制納米酶的催化活性或破壞納米酶的結構，進而抑制氧化還原反應的發生；而當體系中存在有機磷農藥時，AChE活性受到抑制，氧化還原反應得以進行，從而實現對有機磷農藥的檢測。如Li等[40]構建了一種具有類氧化酶活性的鈷-組氨酸功能化石墨烯量子點-石墨烯雜化納米材料Co-His-GQD-G，與AChE聯用，進行毒死蜱的比色檢測。AChE催化硫代乙酰膽堿產生硫代膽堿，硫代膽堿可抑制Co-His-GQD-G的催化活性，導致TMB氧化速率降低。而毒死蜱可抑制AChE活性，Co-His-GQD-G的催化活性不受抑制，進而促進藍色的氧化TMB生成，其檢出限可達0.57 ng/mL。AChE催化產物除可抑制納米酶活性外，還可通過破壞納米酶結構，進而影響氧化反應的進行。Jin等[41]利用具有類氧化酶活性的MnO2納米片與AChE和膽堿氧化酶聯用，構建多酶級聯系統的水凝膠試劑盒，并將其與智能手機檢測器集成，實現對氧磷的現場篩查。AChE和膽堿氧化酶可催化乙酰膽堿水解生成H2O2，導致MnO2納米片分解，進一步阻斷TMB的氧化。而對氧磷作為乙酰膽堿酯酶抑制劑，可抑制H2O2的生成，降低MnO2納米片的分解，使TMB氧化產生藍色響應。利用智能手機捕捉圖像并通過自制的應用程序進行分析，對氧磷的檢測限可達0.5 ng/mL。該方法快速準確，無需專業儀器，可實現農藥的現場檢測。

除以上兩種檢測原理外，一些農藥可特異性地抑制納米酶的催化活性，進而實現對農藥的檢測。Luo等[42]將具有過氧化物模擬酶活性的多孔Co3O4納米片吸附在聚酯纖維膜上，制備出一種新型納米酶比色片，用于草甘膦的快速檢測。草甘膦能特異性抑制Co3O4納米片的催化活性，通過比色片上顏色強度的變化，實現草甘膦的視覺檢測。納米酶比色片具有良好的靈敏度和選擇性，僅用肉眼檢測，草甘膦的檢出限為0.175 mg/kg。該方法可在10 min內有效檢測草甘膦，色斑維持在20 min以上，可應用于農產品中草甘膦殘留量的大規模初篩中。除可以進行單一農藥檢測外，通過開發陣列式納米酶比色傳感器可實現對多種農藥的檢測。利用具有過氧化物模擬酶活性的氮摻雜石墨烯，氮硫共摻雜石墨烯和氧化石墨烯構建的雜原子摻雜石墨烯的納米酶比色陣列傳感器，可實現5種芳香族農藥的檢測[43]。當不同的農藥被吸附在石墨烯上時，納米酶的活性位點會被不同程度地掩蓋，從而導致其催化活性降低?；谶@一原理，該陣列傳感器可成功地識別5 μmol/L～500 μmol/L 范圍內的 5 種農藥（乳芬、氟氧基甲?；?、芐嘧隆、氟美芬和二苯硫脲），為農藥檢測提供了一種簡便、經濟的方法。

2.2 獸藥

獸藥在預防動物疾病，改善畜產品品質等方面具有非常重要的意義。當前畜牧業中普遍存在獸藥用藥不當或不遵循休藥期的現象，極易造成動物源食品中獸藥殘留，從而危害公眾健康。為實現獸藥殘留的快速、靈敏、可靠和便攜的檢測，近年來，一系列基于納米酶的獸藥殘留快速檢測方法不斷涌現，并取得很好的應用效果。

在獸藥殘留檢測中，納米酶作為信號標簽，與抗體等識別材料聯合使用，實現獸藥殘留的檢測。Wei等[44]利用Au@Pt納米酶作為信號標簽構建LFIA，實現牛奶中鏈霉素的特異性檢測。該試紙條基于Au@Pt作為視覺標記，其定性檢測限為1 ng/mL。基于Au@Pt納米酶活性的定性檢測限為0.1 ng/mL，而基于AuNPs作為視覺標記的傳統LFIA的定性檢測限為8 ng/mL。利用納米酶顯色反應可極大提高視覺檢測的靈敏度，使LFIA檢測方法可以更好地應用于現場檢測。

一些抗生素等獸藥還可直接或間接與納米酶相互作用從而調節其催化活性。與農藥可以抑制納米酶催化活性不同的是，四環素類抗生素可以與Fe3O4磁性納米顆粒表面的Fe（II）和Fe（III）等金屬離子絡合，提高其催化活性，加速催化芬頓反應。該方法對土霉素、四環霉素、強力霉素的檢出限分別為26、45 nmol/L和48 nmol/L[45]。另外，獸藥分子可借助與適配體的特異性識別，間接調節納米酶的催化活性。適配體是一小段經體外篩選得到的寡核苷酸序列，具有電負性，當其吸附到納米酶表面時，可提高納米酶與TMB的親和力，從而提高其催化活性。當獸藥分子與適配體特異性結合時，可抑制納米酶的活性[46]或使適配體脫落[47]，從而降低納米酶的催化活性。基于該原理，已經實現對牛奶等畜產品中四環素[46]和卡那霉素[47]等抗生素的檢測。

納米酶作為信號放大元件，成功應用于電化學傳感器中，實現對獸藥殘留的檢測。Li等[48]借助具有過氧化物模擬酶活性的Co3O4納米粒子與聚集誘導電化學基團的共價有機骨架材料（covalent organic framework aggregation induced electrochemiluminescence，COF-AIECL）結合，構建了電化學發光傳感器，進行氯霉素的檢測。COF-AI-ECL與Co3O4納米粒子共同修飾電極表面，Co3O4納米粒子可催化放大COF-AI-ECL產生的電化學發光信號，成功實現蜂蜜、牛奶和雞肉樣品中氯霉素的檢測，其檢出限為1.18×10-13mol/L。該方法在食品安全痕量抗生素殘留檢測中具有一定的應用潛力。

2.3 食源性致病菌

食源性致病菌是導致食品安全問題的重要因素。在全球范圍內，因致病菌導致的食品安全問題屢見不鮮，受到人們的關注和重視。食源性致病菌的檢測技術層出不窮，其靈敏度及檢測速度均有極大提高。納米酶可以提高致病菌檢測的靈敏度和穩定性，具有極好的應用前景。

與小分子相比，致病菌菌體或表面抗原的抗體較易獲得，因此免疫學方法在致病菌檢測中最為常見。利用納米酶作為信號標簽，對抗體進行標記，采用夾心法，可靈敏地檢測致病菌。Guo等[49]利用AuNPs標記抗體，通過原位AuNPs生長和納米酶催化沉積的兩步級聯信號放大策略，檢測大腸桿菌O157∶H7。該方法的檢出限可達1.25×101CFU/mL，比傳統LFIA試紙條的靈敏度提高400倍，在致病菌檢測中具有很大的應用潛力。

除利用抗體標記外，經過修飾后的納米酶既能作為識別元件識別致病菌，又能進行信號放大。Wang等[50]利用甘露糖修飾普魯士藍（man-PB）作為識別元件和信號指示器，檢測大腸桿菌O157∶H7。甘露糖可以與細菌鞭毛中的FimH蛋白結合從而捕獲致病菌，普魯士藍具有過氧化物模擬酶活性，產生比色信號，其檢出限可達102CFU/mL。Cu2+修飾的金屬有機骨架納米顆粒（Cu-modified metal-organic framework nanoparticles，Cu2+-NMOFs）同樣具有識別和產生信號的雙功能，可以有效地檢測細菌脂多糖[51]。Cu2+-NMOFs可被脂多糖的陰離子基團捕獲，發揮識別作用；還能催化多巴胺氧化生成氨基鉻，產生強烈的電化學氧化信號，發揮信號放大作用。其對細菌脂多糖的檢出限為6.1×10-4ng/mL，有望應用于細菌檢測中。

致病菌在食品中通常數量較少且分布不均勻，并且食品基質的復雜性為致病菌檢測增加難度。因此具有超順磁性的多功能納米酶在致病菌檢測中有出色的表現。與識別材料偶聯后，可利用磁場，特異性將食品基質中少量的致病菌快速且選擇性地分離，在致病菌檢測中有出色的表現。Co3O4磁性納米酶與金黃色葡萄球菌特異性融合蛋白pVIII結合得到的Co3O4MNE@fusionpVIII，可以捕獲無菌牛奶中金黃色葡萄球菌。利用外磁場磁泳層析法分離后，利用Co3O4磁性納米酶的過氧化物酶活性進行顯色，檢出限可達8 CFU/mL，可以實現金黃色葡萄球菌的快速靈敏檢測[52]。

2.4 真菌毒素

在食品及農產品生產和儲藏過程中，會出現真菌毒素污染問題。全世界每年約有25%的糧食作物受到真菌毒素及其產毒菌污染，導致巨大的糧食損失。真菌毒素通常具有急性毒性、慢性毒性及致癌性，嚴重威脅人類健康。因此，研究者開發出多種基于納米酶的真菌檢測方法，可實現真菌毒素快速靈敏的檢測。

在真菌毒素檢測中，納米酶常作為信號標簽，與抗體及適配體等識別元件結合，實現超靈敏檢測。與致病菌檢測不同，小分子的真菌毒素檢測常采用競爭法。Zhu等[53]利用具有類氧化酶活性的Co（OH）2納米籠標記二抗，建立了一種間接競爭ELISA方法，實現赭曲霉毒素的檢測。該方法可以在不加H2O2的情況下氧化TMB，其檢出限低至0.26 ng/L?；谕瑯釉?，利用具有過氧化物酶活性的金屬有機框架結構MOF作為信號標簽，實現了黃曲霉毒素B1的檢測，檢出限為0.009 ng/mL[54]。另外，納米酶還可以標記適配體進行真菌毒素的檢測。利用具有類過氧化氫酶活性的介孔SiO2/Au-Pt納米粒子作為信號標記物，標記適配體進行黃曲霉毒素B1的檢測[55]，其檢出限為5 pg/mL，比傳統ELISA法（3 ng/mL）低600倍，極大提高了檢測的靈敏度。

2.5 有害金屬離子

有害金屬通過食物進入人體，可產生急性中毒或慢性中毒。有害金屬易產生蓄積，對人體的神經系統、消化系統、心血管系統造成不可逆的傷害，干擾人體正常生理功能，危害人體健康。因此，開發靈敏、準確快速的有害金屬檢測方法，對保障人類健康具有重要意義。

由于有害金屬離子的特性，與農藥、獸藥、食源性致病菌及真菌毒素等有害物質不同，其抗體制備困難，較少采用免疫分析方法進行檢測。但重金屬可特異性地增強、激活或抑制納米酶的催化活性。因此，可以利用其對納米酶酶活性的影響進行檢測。Cr（VI）可促進具有過氧化物模擬酶活性的鐵氰酸酯插層Ni/Al（Ni/AleFe（CN）6）層狀雙氫氧化物（layered double hydroxide，LDH）納米酶的催化活性，利用該原理可實現Cr（VI）的檢測，其檢出限為0.039 μmol/L[56]。Hg2+則可激活氧化石墨烯穩定的水溶性Ag2S納米顆粒（Ag2S@GO）的氧化酶活性，在Hg2+存在時，能氧化TMB顯色，其裸眼檢出限為9.8×10-9mol/L[57]。Hg2+還可抑制CuS納米酶的過氧化物酶活性，利用該原理開發的便攜式Hg2+納米傳感器，結合商業三原色（red-green-blue，RGB）傳感器，最低可檢測Hg2+濃度為50 ng/L[58]。此外許多重金屬可以抑制納米酶的酶活，因此可以實現多種重金屬的檢測。具有較強過氧化物模擬酶活性的多孔Co3O4納米片，其催化活性可被 Cd（II）、Hg（II）、Pb（II）和 As等重金屬明顯抑制，基于此原理，可建立一種超靈敏、快速的多種重金屬檢測傳感器[59]。該比色傳感器具有良好的靈敏度和選擇性，對 Cd（II）、Hg（II）、Pb（II）和 As的檢出限分別為 0.085、0.19、0.2 μg/L 和 0.156 μg/L，在保護環境和人類健康方面具有廣闊的應用前景。

3 結論與展望

食品質量與安全問題已成為全球人類重點關注的問題之一，因此，有效的檢測策略具有重要意義。本篇綜述了納米酶生物傳感器的檢測原理，概述近年來納米酶生物傳感器用于食品質量與安全檢測的實例。納米酶生物傳感器具有顯著的穩定性與易操作性，可以適應食品成分的復雜性，靈敏地完成食品分析檢測，在食品質量與安全快速檢測領域具有廣闊的發展空間。現有的納米酶雖然種類多，但酶學催化反應性質少，可檢測的目的物有限，因此限制了納米酶生物傳感器的應用范圍，有待進一步研究和改進。首先，需要開發更多具有不同催化反應性質的納米酶，這將為納米酶的應用提供更多可能。其次，需要開發新型多功能納米酶，通過優化合成條件或對納米酶進行表面修飾改性或空間結構調整等，使其具有更高催化活性、穩定性與底物特異性，擴大其實際應用范圍。最后，構建適宜的傳感平臺，開發數據易得的便攜式檢測平臺，提升納米酶生物傳感器的便攜性。