生物傳感器在食品安全檢測中的應用現狀

隨著科學領域的不斷發展，食品業亦是逐漸實現多元化發展，各類型食品應運而生。在食品多樣化發展的大環境下，為更好地保障食品安全，還需進一步提升當前食品檢測技術水平，提高檢測工作的準確性及有效性，確保我國食品行業能夠實現健康可持續發展。傳統的檢測技術，如液相色譜、氣相色譜、液相色譜-質譜等，大都面臨著樣本預處理過程繁雜、測定周期長、儀器設備笨重以及不能現場測定等弊端。生物傳感器作為現代新興檢測技術手段，具有明顯的優勢，不僅檢測準確速度快，且操作方法簡便，具有相對較強的敏感性及特異性，能夠有效提升食品檢測工作的質量，使食品安全得到切實保障[1]。因此，當前開展對生物傳感器在我國食品安全檢測體系中的綜合應用分析具有重要的現實意義。

1 生物傳感器及其特點

生物傳感器是指一類能夠實時收集和處理檢測信息的特殊設備，主要結構由生物分子識別元件和信號轉換器兩部分組成。采用已固定化制備的生物敏感性材料作識別的元件，如酶、抗體抗原、微生物、核酸和分子印跡聚合物等生物活性物質，當檢測樣品與其接觸，通過分子識別與特異性結合將產生帶有特征性的生物學信息。信號轉換器將該特異響應轉換成易檢測判斷的光學或電學信號，從而實現對靶標物質的檢測。

常用的生物傳感器有酶傳感器、免疫傳感器、適配體傳感器和基于分子印跡技術的新型聚合物生物傳感器等。相較于傳統檢測技術，生物傳感器具有檢測成本低、特異性高、簡單便捷等優勢，十分適用于現場的快速檢測。檢測人員在實際應用這一技術期間，僅需注意做好傳感器的保養工作，并合理把握檢測環境即可，能夠滿足多樣化情境下食品安全檢測的需求，在食品安全檢測領域具有巨大的發展空間。

2 生物傳感器在食品安全檢測中的應用

2.1 酶傳感器

酶傳感器以生物活性物質酶作為識別元件，具有極高的特異性和靈敏性。其可催化待測物質反應并生成或消耗某種特定物質，這種變化可通過電化學裝置轉換成電信號，進而檢測及分析出待測物質的含量，依據酶的功能性可分為酶抑制型和酶水解型兩類。酶傳感器可以立即檢驗繁雜試品，具備可選擇性高、可多次重復使用、體型小、成本低等優勢。

酶生物傳感器發展較早，相關技術研發已基本成熟化，在食品中農藥殘留的檢測方面得到了實質應用。張賢珍等[2]以固定化乙酰膽堿酯酶為識別檢測元件，對敵百蟲進行了檢測，檢出限達到2 ng·mL-1，時間較短且可重復使用。與此同時，為提高酶傳感器的檢測靈敏度，人們嘗試將不同材料應用到酶傳感器上。納米材料具有與生物相容的特性，和酶相結合可傳遞電子提高反應靈敏度，是制造生物傳感器的理想材料。YAN等[3]基于比率熒光量子點（RF-QD）和金納米粒子（AuNPs）的組裝開發了一種光學生物傳感器，用于測定農藥樣品中的有機磷農藥。兩種不同顏色的量子點雜交形成的RF-QD提高了傳感器的精度，其檢測限為 0.018 ng·mL-1。

2.2 免疫傳感器

免疫傳感器技術是一種基于抗原抗體特異性結合來實現待測物質定量檢測的技術，結合了免疫分析技術和傳感器靈敏度高、使用簡單、穩定性強、專一性強等優點，在食品安全檢測方面得到了廣泛的開發應用。

WANG等[4]研發了一種夾心式免疫傳感器來檢測食品中存在的副溶血性弧菌。將偶聯后的氨基變性Fe3O4磁性納米粒子與抗體固定在磁性GCE表面，用于快速分離并富集副溶血性弧菌，Ru(byp)3+與檢測抗體固定在AgNPs-GO電極表面作為檢測元件。免疫反應發生時，檢測元件中的抗體與副溶血性弧菌發生高度特異性結合，使得GO促進電子的轉移，光信號增大，該方法檢出限為33 CFU·mL-1，檢測時間為30 min。蔣雪松等[5]建立了一種壓電免疫生物傳感器結合流動注射的方法，用于檢測樣品中的農藥殘留，該傳感器具有高特異性，可以重復使用，最低檢測限為 2.16×10-3μg·mL-1。

2.3 適配體傳感器

核酸適配體（Aptamer）通常是一個單鏈DNA或RNA的短序列，具有優異的識別能力，在復雜的樣品中，適配體可通過非共價相互作用如氫鍵、范德華力、疏水作用和靜電相互作用，結合到待測物質上，達到特異性識別的效果。適配體對待測物質的特異識別性和高親和性與抗體相似，但與抗體相比，適配體明顯具有更多的優勢。適配體具有較高的化學穩定性，易于修飾，且合成周期更短，成本更低。適配體可在體外合成，拓寬了待測物質的使用范圍，適用于不易獲取抗體的非免疫原性或毒性待測物質。適配體的多功能性使其特別適合環境中各化合物質的現場檢測與分析，并廣泛應用到了各個研究領域。

王曉煜等[6]構建了一種新型比色型適配體傳感器，用于快速檢測大田軟海綿酸，在最優條件下，檢測限低至0.044 ng·mL-1。WANG等[7]開發了一種基于適配體的色譜條帶測定方法用于毒素的快速檢測。該檢測方法的建立基于赭曲霉毒素A和DNA探針對適配體的競爭，其視覺檢測限為1 ng·mL-1，試紙條顯色信號定量檢測器的檢測限可降至0.18 ng·mL-1，測試樣品的回收率為96%～110%。此外，其檢測可在10 min內完成，表明基于適配體的側流測定法是現場快速檢測的潛在有用工具。

2.4 分子印跡聚合物生物傳感器

分子印跡聚合物（Molecular Imprinted Polymer，MIP）是一些模擬生物體系對待測物質進行特異性識別和選擇性吸附的化合物。在模板分子存在的情況下，功能單體經交聯劑聚合后得到聚合物，之后通過物理或化學途徑去除模板分子得到印跡聚合物，其含有與模板分子形狀、大小及空間排列上互補的空腔以識別待測物質。具有高選擇性和高負載能力，可以從復雜的樣品中分離富集待測物質或與其結構類似的化合物，提高檢測分析的回收率和檢測限[8]。常被用作生物傳感器平臺中的仿生受體，與生物受體相比，MIP在各種條件下都具有較高的穩定性，而且可以為缺失生物識別元件的待測物質設計合適的識別位點，在生物傳感器領域顯示出巨大的發展空間。

有研究以吡蟲啉為模板分子，乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯劑，丙烯酸為功能單體，制備印跡聚合物，將其制備為固相萃取的填料用來提純和富集茶湯中的吡蟲啉，取得了較好的結果[9]。此外LIU等[10]結合化學發光將MIP應用于紙基，檢測敵敵畏農藥的殘留，該檢測方法對蔬菜樣品中的敵敵畏具有優異的選擇性和特異識別能力，檢測限為0.8 ng·mL-1。

3 食品檢測中生物傳感器的發展趨勢分析

現階段，食品種類愈加繁多，需要檢測人員展開大量的檢測工作，以保障食品的安全性。因而生物傳感器在食品安全檢測領域的發展中，應注重高效化發展，確保檢測工作能夠保質保量完成。現階段在安全意識不斷提升的背景下，生物傳感器還需加快革新力度，不斷提高其檢測技術的靈敏度，以便更為精準地識別食品內部存在的各項生物體，從而提升檢測工作的質量。

食品安全存在各類影響因素，包括污染、農藥以及添加劑等問題，而每一類問題又含有各類細節性問題。例如，污染問題就包含環境污染下的水污染、土壤污染、大氣污染、重金屬污染等因素。因而在實際進行食品安全檢測期間，則需要應對各類問題進行有效檢測，這就需要多樣化生物傳感器的支持，以更好地適應不同問題及不同環境下的檢測需求，從而提升食品檢測工作的精準度，有效保障食品的安全。

4 結語

在食品多樣化發展的大環境下，生物傳感器的應用能夠更好地滿足當前食品檢測工作的需求，使食品安全檢測的工作質量得以有效保障。本文結合現階段食品安全檢測問題發展現狀，重點對酶傳感器、免疫傳感器、適配體傳感器和分子印跡聚合物生物傳感器進行了深入研究。除此之外，還有諸多生物技術可應用于食品安全檢測當中，還需相關人員作進一步分析，通過加強對生物技術的應用，以更好地提升食品安全檢測質量及效率，保障食品安全。