《食品科學(xué)》：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院王珊珊副研究員等：基于精準(zhǔn)識(shí)別的農(nóng)獸藥殘留快速檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展

農(nóng)獸藥能夠有效控制、調(diào)節(jié)、預(yù)防影響動(dòng)植物生長的不利因素，提高農(nóng)作物和畜牧產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著不可替代的作用。然而農(nóng)獸藥在帶來良好經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，其過度使用或?yàn)E用導(dǎo)致的農(nóng)產(chǎn)品和環(huán)境中農(nóng)獸藥殘留污染問題日益嚴(yán)重。過量殘留在農(nóng)產(chǎn)品和環(huán)境中的農(nóng)獸藥及其代謝物可通過食物鏈等途徑蓄積在人體內(nèi)，產(chǎn)生一系列威脅人體健康安全的巨大隱患。

近年來，隨著納米技術(shù)、材料科學(xué)、生物技術(shù)、傳感技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)獸藥快速檢測(cè)技術(shù)得到了蓬勃發(fā)展和規(guī)模化應(yīng)用。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所的李方束、王珊珊*，國家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（熱帶果蔬質(zhì)量與安全）的康蕊等重點(diǎn)對(duì)國內(nèi)外近5 年來農(nóng)獸藥殘留檢測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行歸納總結(jié)，詳述抗體、適配體（Apt）、受體、酶、全細(xì)胞、分子印跡聚合物（MIP）、金屬有機(jī)框架（MOFs）材料等常見不同農(nóng)獸藥識(shí)別元件的特點(diǎn)、制備方式和識(shí)別效果，光學(xué)檢測(cè)技術(shù)、電化學(xué)傳感技術(shù)、壓電傳感技術(shù)在農(nóng)獸藥殘留快速檢測(cè)中的檢測(cè)原理和應(yīng)用效果（圖1），最后對(duì)農(nóng)獸藥快速殘留檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望，以期為農(nóng)獸藥殘留快速檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展提供參考。山西老陳醋大曲為研究對(duì)象，系統(tǒng)分析春夏秋3 個(gè)季節(jié)大曲發(fā)酵過程菌系、物系和酶系的變化規(guī)律，解析微生物與酶活力和其風(fēng)味物質(zhì)的相關(guān)性，旨在為科學(xué)指導(dǎo)傳統(tǒng)制曲工藝、優(yōu)化不同季節(jié)大曲搭配使用的配比提供強(qiáng)有力的理論支撐。

01

農(nóng)獸藥識(shí)別元件

識(shí)別元件是指對(duì)靶標(biāo)分子具有高親和力和特異性識(shí)別能力的物質(zhì)，在實(shí)現(xiàn)農(nóng)獸藥殘留精準(zhǔn)快速檢測(cè)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。農(nóng)藥和獸藥識(shí)別元件通常包括酶、抗體、Apt、受體等生物識(shí)別物質(zhì)以及MIP、納米材料等化學(xué)識(shí)別物質(zhì)。

1.1 基于抗體的識(shí)別檢測(cè)

抗體是對(duì)抗原具有特異性識(shí)別能力和高親和力的免疫球蛋白（Ig）。抗體對(duì)抗原的識(shí)別過程可通過多種機(jī)制轉(zhuǎn)化為比色、熒光、化學(xué)發(fā)光、電化學(xué)等多種信號(hào)輸出。近年來，基于抗原-抗體特異性識(shí)別作用的免疫分析方法在農(nóng)獸藥快速檢測(cè)中取得了廣泛應(yīng)用。抗體根據(jù)制備方法的不同可以分為多克隆抗體、單克隆抗體、重組抗體和納米抗體等。

多克隆抗體是刺激多個(gè)B細(xì)胞克隆產(chǎn)生的針對(duì)多種抗原表位的混合抗體。黎東等通過3-巰基丙酸衍生反應(yīng)合成氯吡脲半抗原，利用活潑酯法原理偶聯(lián)合成氯吡脲完全抗原，成功制備靈敏度較高的鼠源氯吡脲多克隆抗體，該多克隆抗體半抑制濃度（IC50）為2.35 ng/mL。進(jìn)一步，將抗體與過氧化物納米酶標(biāo)記的抗原組裝構(gòu)建了可視化免疫親和凝膠檢測(cè)柱，用于植物源食品中氯吡脲的測(cè)定，檢出限為20 μg/kg。Hu Yangmeiqing等以牛血清白蛋白和卵清蛋白為載體蛋白，對(duì)殺蟲脒進(jìn)行偶聯(lián)，將殺蟲脒-牛血清白蛋白偶聯(lián)物作為免疫原，殺蟲脒-卵清蛋白作為包被抗原，對(duì)家兔進(jìn)行殺蟲脒-牛血清白蛋白抗原免疫，制備出兔源性多克隆抗體，其與殺蟲脒類似物的交叉反應(yīng)率小于15%。利用該抗體建立了間接競(jìng)爭(zhēng)酶聯(lián)免疫吸附法檢測(cè)水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)品中殺蟲脒的方法，該方法檢出限為0.637 ng/mL，IC50為3.126 ng/mL。多克隆抗體已廣泛應(yīng)用于農(nóng)獸藥殘留檢測(cè)，但其制備對(duì)抗原純度要求較高，免疫原、免疫佐劑種類、免疫動(dòng)物種類和批次等因素均會(huì)對(duì)免疫結(jié)果造成一定影響，易產(chǎn)生批間差異和交叉反應(yīng)，使其大量標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和商業(yè)化應(yīng)用受到挑戰(zhàn)。

單克隆抗體是采用雜交瘤技術(shù)制備，由單一B細(xì)胞克隆產(chǎn)生，僅針對(duì)某一特定抗原表位的抗體。邢廣旭等采用碳二亞胺法合成泰樂菌素半抗原，篩選得到IC 50 為4.609 1 ng/mL的抗泰樂菌素單克隆抗體，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)出側(cè)流膠體金免疫層析試紙條用于牛奶中泰樂菌素殘留的測(cè)定，該試紙條與其他獸藥無交叉反應(yīng)，且檢測(cè)結(jié)果與液相色譜方法結(jié)果一致性高，方法檢出限為1.563 4 ng/mL。Zhang Binbin等制備對(duì)吡蟲啉具有高親和力和特異性識(shí)別能力的單克隆抗體，效價(jià)為5.12×10 5 ，親和力常數(shù)為2.24×10 8 ，與吡蟲啉結(jié)構(gòu)類似物交叉反應(yīng)率小于6.5%。進(jìn)而采用鏈霉親和素修飾的量子點(diǎn)建立了熒光免疫分析方法，實(shí)現(xiàn)了糙米、番茄和梨中吡蟲啉的高靈敏準(zhǔn)確測(cè)定，20%抑制濃度（IC 20 ）為0.5 ng/mL。單克隆抗體雖然具有理化性質(zhì)均一、對(duì)抗原純度要求低、特異性好等優(yōu)點(diǎn)，但也面臨著制備周期較長、保存過程中基因突變和細(xì)胞株陽性丟失、長期保存容易滅活以及制備過程對(duì)動(dòng)物不友好等問題，限制了其應(yīng)用發(fā)展。

近年來，隨著基因工程的發(fā)展，重組抗體和納米抗體作為新一代基因工程抗體，受到了人們的廣泛關(guān)注。重組抗體是通過重組DNA技術(shù)將改造過的抗體基因克隆到表達(dá)質(zhì)粒后，再將其轉(zhuǎn)染到合適的宿主細(xì)胞系中進(jìn)行抗體表達(dá)，從而獲得的單克隆抗體，具有高重復(fù)性、易于改造、可大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。Lei Xingmei等采用化學(xué)計(jì)算輔助的理性半抗原設(shè)計(jì)策略，制備得到乙嘧酚單克隆抗體。對(duì)該單克隆抗體可變區(qū)基因進(jìn)行解碼和重組，而后通過哺乳動(dòng)物表達(dá)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全長抗體的高效表達(dá)，發(fā)現(xiàn)得到的重組全長抗體性能與親本單克隆抗體呈現(xiàn)高度一致性，平衡解離常數(shù)高達(dá)5.71×10 -10 mol/L，并基于該抗體成功建立灌溉水和草莓果實(shí)中乙嘧酚的免疫檢測(cè)方法，檢出限分別為0.006 6 mg/kg和0.036 mg/kg。納米抗體是采用噬菌體展示技術(shù)獲得的一種僅由重鏈可變區(qū)構(gòu)成的單域抗體，是已知最小的活性抗原結(jié)合蛋白，具有特異性和靈敏度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、易表達(dá)、水溶性好等優(yōu)勢(shì)。Zhang Yongyi等設(shè)計(jì)半抗原并合成6 種抗原，選擇特異性免疫原對(duì)羊駝免疫后從羊駝血清中獲得IgG2和IgG3重抗體。通過外周血淋巴細(xì)胞分離、總RNA提取、納米抗體基因擴(kuò)增、構(gòu)建噬菌體文庫4 步反應(yīng)來篩選得到對(duì)百草枯親和力高、環(huán)境耐受性強(qiáng)、性能穩(wěn)定的納米抗體Nb2-12，IC 50 為0.058 8 ng/mL。分子對(duì)接方法表明該納米抗體的酪氨酸口袋結(jié)構(gòu)對(duì)百草枯具有較高的特異性識(shí)別能力。利用該納米抗體開發(fā)的百草枯時(shí)間分辨熒光免疫試紙條，能夠肉眼半定量分析或結(jié)合條帶讀取器定量分析食品樣品及生物樣品中的百草枯殘留。盡管納米抗體可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)抗體的不足，但目前納米抗體用于農(nóng)獸藥殘留檢測(cè)的報(bào)道還相對(duì)較少，進(jìn)一步開發(fā)庫容量大、多樣性高的噬菌體文庫，提升抗體篩選效率，將有利于篩選得到更多性能優(yōu)異的農(nóng)獸藥分子納米抗體。

1.2 基于Apt的識(shí)別檢測(cè)

核酸Apt是對(duì)靶標(biāo)分子具有特異性識(shí)別能力和高親和力的寡核苷酸序列，通常由指數(shù)富集配體系統(tǒng)進(jìn)化（SELEX）技術(shù)在體外篩選得到。其可通過堿基堆積、靜電作用、疏水作用、氫鍵和范德華力等作用方式與靶標(biāo)分子特異性親和結(jié)合，并伴隨著構(gòu)象變化，自適應(yīng)折疊形成發(fā)夾、凸環(huán)、假結(jié)、G-四鏈體等特定的三維結(jié)構(gòu)。Apt具有特異性強(qiáng)、親和力高、易于修飾、成本低、可與多種信號(hào)轉(zhuǎn)換器結(jié)合等優(yōu)勢(shì)，近年來，在農(nóng)獸藥殘留檢測(cè)中受到了廣泛關(guān)注。

胡超瓊等利用6-羧基熒光素標(biāo)記適配體（FAMAPts4-29）對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥的廣譜性識(shí)別特性，結(jié)合磁分離，建立了甲拌磷、氧樂果、丙溴磷3 種有機(jī)磷農(nóng)藥的熒光分析方法。當(dāng)體系中加入待測(cè)靶標(biāo)后，Apt與靶標(biāo)分子的結(jié)合抑制了磁性納米離子表面包覆的聚吡咯對(duì)Apt的吸附，導(dǎo)致磁分離后溶液中FAM-AptS4-29的熒光強(qiáng)度得到恢復(fù)，從而對(duì)3 種有機(jī)磷類農(nóng)藥實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，檢出限分別為4.17×10-4、2.77×10-4、4.67×10-4μg/kg。Kong Qianqian等借助氧化石墨烯（GO）對(duì)ssDNA的吸附特性構(gòu)建了非固定化GO-SELEX技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了噻蟲嗪適配體的高效篩選，并建立了基于金納米粒子（AuNPs）的比色適配體傳感器用于蔬菜中噻蟲嗪的檢測(cè)。研究表明，噻蟲嗪可誘導(dǎo)Apt形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，與原始Apt相比（檢出限為3.33 nmol/L），截短Apt構(gòu)建的AuNPs比色傳感器具有更高的靈敏度（檢出限為1.67 nmol/L）。Yang Ling等將磺胺甲基嘧啶（SMR）和磺胺二甲嘧啶（SMZ）與磁珠（MBs）偶聯(lián)，并以SMR-MBs作為反篩工具，建立了MBs-SELEX用于SMZ核酸Apt的篩選。以生物素標(biāo)記的Apt作為識(shí)別元件，辣根過氧化物酶（HRP）標(biāo)記的SMZ作為競(jìng)爭(zhēng)分子，利用生物素-鏈霉親和素系統(tǒng)建立了牛奶中SMZ的競(jìng)爭(zhēng)型化學(xué)發(fā)光分析方法，檢出限為0.92 ng/mL。目前，僅有部分農(nóng)/獸藥核酸Apt被篩選得到，如樂果、馬拉硫磷、毒死蜱、二嗪磷、草甘膦、水胺硫磷等有機(jī)磷類農(nóng)藥，甲萘威、克百威、多菌靈等氨基甲酸酯類農(nóng)藥，噻蟲嗪、噻蟲胺、吡蟲啉、啶蟲脒等新煙堿類農(nóng)藥，氨芐青霉素、氯霉素、土霉素、四環(huán)素、卡那霉素、妥布霉素、青霉素、鏈霉素、氟氧沙星、阿洛西林、磺胺地索辛等抗生素。隨著技術(shù)的發(fā)展，提高核酸Apt篩選效率，擴(kuò)展核酸Apt種類，以實(shí)現(xiàn)不同目標(biāo)物的分析是未來的主要研究方向。

1.3 基于受體的識(shí)別檢測(cè)

受體是一類廣泛存在于生物體內(nèi)、能夠特異性識(shí)別和選擇性結(jié)合信號(hào)分子并引起細(xì)胞功能改變的生物大分子，可與受體結(jié)合的物質(zhì)叫做配體。許多抗生素都有各自的靶標(biāo)蛋白即受體蛋白，通過與其受體特異性結(jié)合發(fā)揮抗菌作用。由于受體蛋白通常僅與有活性的抗生素小分子結(jié)合，因此基于受體的分析方法可提高抗生素殘留檢測(cè)的準(zhǔn)確度。

受體的獲取方式主要包括直接利用細(xì)菌細(xì)胞作為受體、提取細(xì)胞特定受體蛋白獲得受體、異源重組表達(dá)獲得受體蛋白等，其中異源重組表達(dá)應(yīng)用最為廣泛。研究者已建立了放射受體分析法、酶標(biāo)記受體分析法、金標(biāo)受體分析法等用于

-內(nèi)酰胺類抗生素，磺胺類、氨基糖苷類、四環(huán)素類藥物的測(cè)定。劉艷容等將肺炎鏈球菌R6中編碼PBP1α蛋白的基因

pbp1α

進(jìn)行體外原核系統(tǒng)的克隆表達(dá)，以PBP2x蛋白為對(duì)照，純化后的重組蛋白PBP2x和PBP1α用于青霉素G、頭孢噻呋、噴沙西林、氨芐青霉素、阿莫西林檢測(cè)的IC 50 均低于7.02 ng/mL，說明PBP1α和PBP2x均具有β-內(nèi)酰胺類抗生素結(jié)合能力。Xia Wanqiu等通過連接大腸桿菌的核糖體S12蛋白（

PRSL12

）基因和海腎熒光素酶（renilla luciferase，

Rluc

）基因，表達(dá)得到PRSL12-Rluc融合受體，PRSL12與氨基糖苷類藥物分子對(duì)接結(jié)果表明，二者結(jié)合主要依靠疏水作用力和氫鍵。進(jìn)一步以其為識(shí)別元件，建立了豬肉中7 種氨基糖苷類藥物的間接競(jìng)爭(zhēng)生物發(fā)光法，IC 50 和10%抑制濃度（IC 10 ）分別為43.6～75.5 ng/mL和0.51～1.1 ng/mL。Li Yue等選擇地衣芽孢桿菌突變型受體，以N端帶組氨酸形式進(jìn)行融合表達(dá)，獲得受體蛋白BlaR-CTD-M。利用金納米粒子標(biāo)記的BlaR-CTD-M，采用競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)模式建立了膠體金層析檢測(cè)法。該法可用于牛奶中18 種

-內(nèi)酰胺類抗生素和雞肉中21 種

-內(nèi)酰胺類抗生素殘留的快速測(cè)定，裸眼消線值均符合歐盟和中國的最大殘留限量要求。

1.4 基于屬水平大曲微生物豐富度分析

天然酶在分析傳感領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。其中，基于農(nóng)獸藥分子對(duì)乙酰膽堿酯酶（AChE）、堿性磷酸酶（ALP）、酪氨酸酶（TYR）、尿素酶等天然酶抑制作用構(gòu)建的酶抑制法，具有操作簡單、價(jià)格低廉、耗時(shí)短等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的農(nóng)獸藥快速檢測(cè)技術(shù)之一。

酶的特異性、穩(wěn)定性和催化性能直接關(guān)系著檢測(cè)結(jié)果的可靠性。有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥可通過與AChE的不可逆結(jié)合抑制AChE對(duì)底物的催化能力，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)闊晒狻⒈壬㈦娀瘜W(xué)等信號(hào)輸出。Chang Qingchao等成功合成了具有類過氧化物酶活性的鈰單原子納米酶，并將其與AChE-膽堿氧化酶（ChOx）生物級(jí)聯(lián)催化反應(yīng)相結(jié)合，構(gòu)建三酶介導(dǎo)的生物傳感器用于有機(jī)磷農(nóng)藥的檢測(cè)。其檢測(cè)原理為乙酰膽堿被乙酰膽堿水解生成膽堿，膽堿被ChOx氧化生成甜菜堿，同時(shí)生成H2O2，H2O2進(jìn)一步在鈰單原子納米酶的催化下氧化四甲基聯(lián)苯胺（TMB）顯色；當(dāng)體系中存在有機(jī)磷類農(nóng)藥時(shí)，AChE活性被抑制，顯色程度減弱。該傳感器對(duì)敵敵畏和毒死蜱的檢出限分別為0.56 ng/mL和0.67 ng/mL，靈敏度高，可應(yīng)用于自來水、梨、蘋果和大米中有機(jī)磷農(nóng)藥的測(cè)定。目前AChE主要來源于動(dòng)物體提取純化，制備過程較為復(fù)雜，價(jià)格昂貴，催化性能易受溫度、pH值等環(huán)境因素影響且批次重復(fù)性有待提高，結(jié)合基因工程構(gòu)造新酶源是解決上述問題、進(jìn)一步提高酶抑制法靈敏度和重復(fù)性的有效途徑。Cao Jing等從紅蕓豆中分離酯酶PvCarE1，以大腸桿菌BL21(DE3)為宿主，采用基因克隆，與硫氧還蛋白TrxA融合構(gòu)建重組新酶源TrxA-PvCarE1。獲得的酯酶TrxA-PvCarE1能夠催化醋酸吲哚酯水解，生成熒光吲哚基產(chǎn)物；同時(shí)對(duì)10 種有機(jī)磷農(nóng)藥展現(xiàn)了高敏感性，利用有機(jī)磷類農(nóng)藥對(duì)PvCarE1活性的抑制作用實(shí)現(xiàn)了豇豆和胡蘿卜中10 種有機(jī)磷農(nóng)藥的高靈敏熒光測(cè)定，檢出限為2.4×10-4～0.032 mg/L。Gianvittorio等以ALP為識(shí)別元件，利用2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）對(duì)ALP活性抑制以及電化學(xué)還原氧化石墨烯（ERGO）和多壁碳納米管（MWCNTs）間的協(xié)同增敏作用構(gòu)建了無標(biāo)記電化學(xué)傳感器，實(shí)現(xiàn)了2,4-D的超靈敏檢測(cè)，檢出限低至16 pmol/L。由于天然酶活性通常可以被多種農(nóng)藥抑制，因此，基于酶抑制法開發(fā)的傳感器很難區(qū)分這些農(nóng)藥，挖掘高特異性的新型人工擬酶是未來的研究熱點(diǎn)。在獸藥檢測(cè)方面，劉鳳銀等利用酶抑制原理建立一種

-內(nèi)酰胺酶抑制劑的多殘留檢測(cè)方法。

-內(nèi)酰胺酶能夠催化頭孢硝噻吩水解生成紅棕色化合物，

-內(nèi)酰胺酶抑制劑與

-內(nèi)酰胺酶穩(wěn)定結(jié)合并導(dǎo)致酶活喪失，從而抑制顯色反應(yīng)。為滿足牛奶樣品檢測(cè)的靈敏度需求，研究通過優(yōu)化pH值、溫度、孵育時(shí)間等條件確定了

-內(nèi)酰胺酶的最佳工作條件。在緩沖體系pH 7.0、反應(yīng)溫度37 ℃條件下，4 種牛奶中常見的

-內(nèi)酰胺酶抑制劑，舒巴坦、克拉維酸鉀、他唑巴坦和阿維巴坦鈉的檢出限分別為42.88、10.20、1.68、3.48 μg/kg。

1.5 基于全細(xì)胞的識(shí)別檢測(cè)

全細(xì)胞生物傳感器（WCBs）是采用活細(xì)胞作為敏感元件識(shí)別目標(biāo)分析物，結(jié)合特定換能器實(shí)現(xiàn)信號(hào)輸出的生物傳感器，具有響應(yīng)快、成本低、可實(shí)現(xiàn)原位監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)。常用的敏感元件包括真菌、細(xì)菌、藻類等微生物細(xì)胞以及魚類、大鼠等動(dòng)物細(xì)胞。隨著合成生物學(xué)的發(fā)展，全細(xì)胞微生物傳感器在環(huán)境污染物監(jiān)測(cè)、藥物篩選、食品安全等領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大潛力。

Attaallah等開發(fā)了一種可以用于檢測(cè)水中的光合抑制型除草劑的新型安培藻類生物傳感器。將綠色光合藻類萊茵衣藻固定在炭黑納米顆粒修飾的絲網(wǎng)印刷電極上，當(dāng)樣品中存在光合抑制型除草劑時(shí)，萊茵衣藻的光系統(tǒng)II的電子鏈傳遞受到抑制，析氧量減少，導(dǎo)致電流信號(hào)減弱。通過監(jiān)測(cè)電流信號(hào)的變化，實(shí)現(xiàn)水中阿特拉津的測(cè)定。該傳感器檢出限為3 nmol/L，抗干擾能力好，能夠連續(xù)工作10 h并且穩(wěn)定儲(chǔ)存3 周。Ma Zhao等通過改進(jìn)有機(jī)磷農(nóng)藥水解酶基因mpd和轉(zhuǎn)錄激活因子pobR，首次設(shè)計(jì)構(gòu)建了

Escherichia coli

BL21/pNP-LacZ菌株，進(jìn)一步使用生物凝膠海藻酸鹽和敏化劑多黏菌素B，將

E. coli

BL21/pNP-LacZ固定在濾紙上，構(gòu)筑了

E. coli

BL21/pNP-LacZ紙基生物傳感器。該傳感器可水解甲基對(duì)硫磷生成對(duì)硝基苯酚，從而實(shí)現(xiàn)土壤樣品中甲基對(duì)硫磷及其代謝物對(duì)硝基苯酚的比色測(cè)定，甲基對(duì)硫磷和對(duì)硝基苯酚的檢出限分別為5.41 μg/kg和9.57 μg/kg。Ma Zhao等設(shè)計(jì)了兩種攜帶熒光蛋白基因的菌株

E. coli

DH5α/pMTGFP、

E. coli

DH5α/pMTmCherry，這些菌株能感受四環(huán)素濃度變化，并產(chǎn)生熒光蛋白。利用菌株對(duì)四環(huán)素的敏感性，構(gòu)建了可用于水、土壤中四環(huán)素類抗生素快速、高通量測(cè)定的熒光傳感器。

E. coli

DH5α/pMTGFP和

E. coli

DH5α/pMTmcherry方法檢出限分別為7.58 ng/mL和5.32 ng/mL。

1.6 基于基于MIP的識(shí)別檢測(cè)

MIP是采用分子印跡技術(shù)合成的“人造抗體”，具有與模板分子大小、形狀及功能基團(tuán)匹配的三維孔穴，可特異性識(shí)別和選擇性吸附模板分子及模板分子類似物。此外，MIPs作為人造抗體，還具有穩(wěn)定性高、耐極端環(huán)境、重復(fù)使用性好、易于與信號(hào)轉(zhuǎn)換器結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)，在污染物分離分析領(lǐng)域取得了廣泛應(yīng)用。

MIPs制備方法多樣，包括本體聚合法、原位聚合法、沉淀聚合物法、表面印跡法等。采用本體聚合法制備MIPs往往存在模板洗脫不完全、傳質(zhì)慢、重現(xiàn)性差等問題。為了提高其商業(yè)化應(yīng)用程度，可通過納米材料為載體，制備核殼型MIPs或合成納米尺寸MIPs，提高M(jìn)IPs性能。Yang Lidong等借用溶膠-凝膠法和表面印跡，以

-氨丙基三乙氧基硅烷為功能單體、四乙氧基硅烷為交聯(lián)劑，采用銪金屬有機(jī)骨架（Eu-MOF）為載體，利用N摻雜碳點(diǎn)（N-CDs）作為熒光源產(chǎn)生熒光信號(hào)，制備了比率型熒光傳感器N-CDs@Eu-MOF@MIP，用于生菜、水和土壤中馬拉硫磷的檢測(cè)。當(dāng)體系中存在馬拉硫磷時(shí)，吸附在MIP中的馬拉硫磷使N-CDs的藍(lán)色熒光猝滅，而Eu-MOF的紅色熒光保持穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)馬拉硫磷的比率熒光分析，檢出限為0.05 μmol/L。Chuiprasert等以苯胺和4-硝基鄰苯二胺為單體、環(huán)丙沙星為模板分子，采用原位電化學(xué)聚合法在氧化石墨烯修飾的玻碳電極（rGO/GCE）上表面合成MIP薄膜，構(gòu)建了能特異性和選擇性識(shí)別環(huán)丙沙星的分子印跡電化學(xué)傳感器。最優(yōu)條件下，該傳感器檢出限低至5.28×10 -11 nmol/L，具有良好的再現(xiàn)性和重復(fù)使用性，但其選擇性因子

環(huán)丙氟哌酸/恩諾沙星、

環(huán)丙氟哌酸/氧氟沙星、

環(huán)丙氟哌酸/磺胺甲噁唑和

環(huán)丙氟哌酸/哌拉西林鈉分別為1.6、1.6、1.6和1.4，在實(shí)際檢測(cè)應(yīng)用中可能會(huì)出現(xiàn)一定的交叉反應(yīng)，且該方法在池塘水中回收率偏高（118.4%～124.8%），準(zhǔn)確度仍需進(jìn)一步提高。Atef Abdel Fatah等采用自組裝本體聚合的方法，以衣康酸和多壁碳納米管為功能單體、乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯(lián)劑，制備了能特異性識(shí)別嗪草酮的MIP，并將MIP復(fù)合材料修飾在電極表面用于番茄和土豆中嗪草酮的測(cè)定。通過差分脈沖伏安法優(yōu)化了模板分子、功能單體與交聯(lián)劑的比例、循環(huán)時(shí)間、多壁碳納米管用量、pH值和掃描速率等變量，傳感器的檢出限和定量限分別低至0.1 pg/mL和0.3 pg/mL。

1.7 基于基于MOFs的識(shí)別檢測(cè)

MOFs是一類由金屬離子或離子簇與有機(jī)配體自組裝形成的新型多孔材料，具有比表面積大、結(jié)構(gòu)可調(diào)、功能多樣等優(yōu)勢(shì)，在分離分析、催化、能源、納米醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域均備受矚目。利用MOFs高比表面積、高孔隙率以及結(jié)構(gòu)和功能可設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，可基于主客體作用實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)獸藥分子的特異性識(shí)別、高效捕集和高靈敏傳感分析。

目前基于MOFs的識(shí)別檢測(cè)以熒光傳感為主，其主要識(shí)別機(jī)理包括MOFs通過氫鍵、π-π共軛、配位作用等相互作用選擇性識(shí)別目標(biāo)分析物，以及目標(biāo)分析物與MOFs之間因?yàn)楣庾V重疊或者能級(jí)匹配發(fā)生熒光共振能量轉(zhuǎn)移、內(nèi)濾效應(yīng)、光致電子轉(zhuǎn)移等現(xiàn)象引起MOF基熒光材料熒光信號(hào)的改變。Gan Ziyu等以硝酸銪為金屬鹽、均苯三甲酸為有機(jī)配體，采用溶劑熱法在室溫條件下合成了紅光發(fā)射Eu-MOF熒光材料并構(gòu)建了四環(huán)素Eu-MOF熒光傳感器。當(dāng)樣品中存在四環(huán)素時(shí)，Eu-MOF選擇性識(shí)別和吸附四環(huán)素，其熒光強(qiáng)度由于Eu-MOF與四環(huán)素之間的熒光內(nèi)濾效應(yīng)和光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移效應(yīng)急劇下降，根據(jù)熒光強(qiáng)度的變化實(shí)現(xiàn)了牛奶和牛肉中四環(huán)素的熒光測(cè)定（檢出限為39.8 nmol/L）。Guan Jianping等使用9-蒽甲醛和2-氨基對(duì)苯二甲酸合成了新型有機(jī)配體H 2 L，通過H 2 L與Zn 2+ 自組裝構(gòu)建了一種多功能納米花IRMOF-3-L。 H 2 L 不但賦予了IRMOF-3-L獨(dú)特的熒光特性，還通過N原子為具有猝滅IRMOF-3-L熒光能力的Cu 2+ 提供結(jié)合位點(diǎn)；同時(shí)Cu 2+ 與IRMOF-3-L結(jié)合形成的IRMOF-3-L/Cu 2+ 表現(xiàn)出較強(qiáng)的類過氧化物酶活性，可催化H 2 O 2 -TMB體系生成氧化TMB，使反應(yīng)體系兼具比色信號(hào)和表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）信號(hào)。草甘膦與Cu 2+ 的強(qiáng)配位作用能夠恢復(fù)IRMOF-3-L/Cu 2+ 熒光，并抑制其類過氧化物酶活性，因此，IRMOF-3-L可實(shí)現(xiàn)食品和水中草甘膦的熒光-比色-SERS三模檢測(cè)。該方法由于采用多模式檢測(cè)，準(zhǔn)確度和可靠性更高，熒光、比色、SERS 3 種模式檢出限分別為0.738、2.26 nmol/L和0.186 nmol/L。Liu Qiao等制備了金屬有機(jī)框架In-sbdc熒光材料，發(fā)現(xiàn)四環(huán)素、金霉素、土霉素、呋喃唑酮、甲硝唑、二甲硝咪唑均可猝滅In-sbdc熒光。為了避免硝基化合物呋喃唑酮、甲硝唑、二甲硝咪唑?qū)λ沫h(huán)素、金霉素、土霉素檢測(cè)的干擾，采用Na 2 S 2 O 4 作為掩蔽劑，實(shí)現(xiàn)了牛奶、豬肉和魚肉樣品中四環(huán)素、金霉素和土霉素檢測(cè)，檢出限為0.28～0.30 μmol/L。盡管基于MOFs識(shí)別的農(nóng)獸藥殘留檢測(cè)工作已取得一些進(jìn)展，但整體而言，靶標(biāo)覆蓋種類還相對(duì)有限，特異性識(shí)別能力有待進(jìn)一步提高；此外所設(shè)計(jì)的MOFs也存在合成步驟繁瑣或合成時(shí)間較長等問題。未來仍需在材料設(shè)計(jì)合成和識(shí)別機(jī)理方面進(jìn)一步深入研究，通過高度定制化的設(shè)計(jì)和多維傳感策略的構(gòu)建，提升靈敏度、特異性、穩(wěn)定性和靶標(biāo)覆蓋度，助力農(nóng)獸藥殘留快速檢測(cè)技術(shù)發(fā)展。

02

基于不同輸出信號(hào)的農(nóng)獸藥殘留快速檢測(cè)技術(shù)

近年來，納米技術(shù)、生物技術(shù)、材料技術(shù)、信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展和交叉融合，極大地促進(jìn)了農(nóng)獸藥快速檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。除識(shí)別元件外，信號(hào)產(chǎn)生和輸出模式對(duì)快速檢測(cè)技術(shù)的靈敏度、準(zhǔn)確度、特異性、穩(wěn)定性等也至關(guān)重要。根據(jù)目標(biāo)物響應(yīng)信號(hào)的不同，農(nóng)獸藥殘留快速檢測(cè)技術(shù)主要包括光學(xué)快速檢測(cè)技術(shù)、電化學(xué)快速檢測(cè)技術(shù)、壓電傳感快速檢測(cè)技術(shù)等。

2.1 光學(xué)快速檢測(cè)方法

光學(xué)快速檢測(cè)技術(shù)是目前應(yīng)用最為廣泛的快速檢測(cè)技術(shù)之一，具有操作簡單、快速、高效、價(jià)格低廉、可實(shí)時(shí)在線等優(yōu)點(diǎn)。研究者利用識(shí)別元件與農(nóng)獸藥分子的相互作用或者農(nóng)獸藥分子自身的光譜特性，開發(fā)了比色法、熒光分析法、化學(xué)發(fā)光法、SERS法和SPR法等，用于農(nóng)獸藥殘留的快速檢測(cè)。

2.1.1 比色法

比色法通常借助酶催化底物顯色或者納米顆粒存在狀態(tài)的改變，引起反應(yīng)體系吸光度變化，進(jìn)而通過溶液顏色變化實(shí)現(xiàn)農(nóng)獸藥的定性定量分析。比色法既可與紫外分光光度計(jì)聯(lián)用，也可借助智能手機(jī)構(gòu)建便攜式即時(shí)傳感器，與其他方法相比，具有肉眼實(shí)時(shí)觀測(cè)、讀取方便、操作簡單、成本低等優(yōu)勢(shì)，因而受到了研究者們極大地青睞。

利用農(nóng)獸藥分子對(duì)酶催化體系的調(diào)控作用引起顏色變化是構(gòu)建比色法最常用的策略之一。Wang Dongwei等發(fā)現(xiàn)酪氨酸酶能夠促進(jìn)鄰苯二酚紫、鄰苯三酚紅和溴鄰苯三酚紅等兒茶酚染料氧化，改變顏色和吸光度。利用二硫代氨基甲酸酯類農(nóng)藥對(duì)酪氨酸酶的抑制作用，以酪氨酸酶為識(shí)別元件，建立了含有鄰苯二酚紫-酪氨酸酶、鄰苯三酚紅-酪氨酸酶和溴鄰苯三酚紅-酪氨酸酶的比色陣列。由于不同二硫代氨基甲酸酯農(nóng)藥對(duì)絡(luò)氨酸酶活性抑制的能力不同，3 種兒茶酚染料-酪氨酸酶混合物對(duì)不同二硫代氨基甲酸酯農(nóng)藥的比色響應(yīng)是特異性的，因此每個(gè)二硫代氨基甲酸酯在不同波長下都有其特征響應(yīng)模式。基于鄰苯二酚染料-酪氨酸酶比色傳感陣列所獲得的指紋圖譜，結(jié)合主成分分析法，可在5.0 μmol/L條件下區(qū)分福美銨、福美鋅、代森聯(lián)、福美雙、福美鐵、代森錳鋅6 種二硫代氨基甲酸酯農(nóng)藥，在鄰苯二酚紫-酪氨酸酶體系中實(shí)現(xiàn)蘋果、大米和河水中福美鋅的測(cè)定，檢出限為4.5 μg/mL。與生物酶相比，納米酶具有穩(wěn)定性高、成本低、功能可設(shè)計(jì)和裁剪、易于制備純化等優(yōu)勢(shì)，近年來在比色法中得到了廣泛應(yīng)用。Cheng Cong等設(shè)計(jì)了一種具有類過氧化物酶活性的雙金屬納米酶（Fe-Cu NZs），用于諾氟沙星的測(cè)定。帶負(fù)電荷的諾氟沙星吸附在帶正電荷的Fe-Cu NZs上，通過調(diào)節(jié)Fe-Cu NZs表面電荷，提高Fe-Cu NZs催化活性，使H 2 O 2 -TMB顯色反應(yīng)加劇。該方法以Fe-Cu NZs為識(shí)別元件，可在1 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)蜂蜜、水和雞肉樣品中諾氟沙星的比色測(cè)定，檢出限為0.386 μmol/L，氯霉素、氨芐青霉素、阿霉素、阿奇霉素、土霉素和林可霉素?zé)o明顯干擾，但對(duì)其他喹諾酮類抗生素的響應(yīng)特性仍需進(jìn)一步研究。

此外，金納米顆粒、銀納米顆粒等納米粒子具有尺寸依賴的光學(xué)性能，通過目標(biāo)物對(duì)其尺寸調(diào)控（聚集/分散程度或者刻蝕效應(yīng)）引起的吸光度變化，可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物的測(cè)定。Zhang Hongwei等利用一鍋法合成了巰基乙酸（TGA）修飾的帶負(fù)電金納米粒子（TGA@AuNPs）。結(jié)果表明，TGA@AuNPs在溶液中穩(wěn)定分散，呈酒紅色；加入毒死蜱后，毒死蜱通過Au-S鍵與TGA@AuNPs結(jié)合，導(dǎo)致TGA@AuNPs納米顆粒間的排斥力減弱，發(fā)生聚集現(xiàn)象，溶液顏色變?yōu)榛疑珹 690 /A 530 吸光度比值增加，通過監(jiān)測(cè)A 690 /A 530 比值的變化即可實(shí)現(xiàn)環(huán)境水樣和茶葉中毒死蜱的檢測(cè)。該方法檢出限為20 ng/mL，選擇性好，可在2 min內(nèi)完成檢測(cè)，且無需標(biāo)記。Deng Gaoqiong等利用甲萘威對(duì)納米化金屬卟啉——四甲基鋅卟啉-十二烷基三甲基溴化銨（ZnTPyP-DTAB）類過氧化物酶活性的抑制作用，構(gòu)建了基于色變材料雙錐形納米金（Au NBPs）的多色比色傳感器，成功用于蘋果、白菜、百合中甲萘威的特異性快速檢測(cè)，檢出限為0.26 mg/kg。甲萘威可與ZnTPyP-DTAB特異性結(jié)合，通過空間位阻影響ZnTPyP-DTAB中Zn和N原子的配位，導(dǎo)致ZnTPyP-DTAB催化活性下降，進(jìn)而減弱H 2 O 2 分解產(chǎn)生羥自由基刻蝕雙錐形納米金的程度。隨著Au NBPs的形貌變化，由于局域表面等離子體共振（LSPR）峰出峰位置的不斷變化，溶液顏色呈現(xiàn)橙-粉-紫-藍(lán)-綠的變化。該方法具有肉眼可見、豐富的顏色變化以及數(shù)字圖像差異大區(qū)分明顯的特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥半定量可視化檢測(cè)提供了良好的思路。

2.1.2 熒光法

熒光分析法具有靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、操作簡單和重現(xiàn)性好等特點(diǎn)，在農(nóng)獸藥殘留檢測(cè)中展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。其主要是利用目標(biāo)物與特異性識(shí)別元件結(jié)合引起的熒光基團(tuán)信號(hào)的改變，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物的測(cè)定。根據(jù)目標(biāo)物與特異性識(shí)別元件結(jié)合前后熒光信號(hào)變化的不同，檢測(cè)模式主要可分為熒光猝滅型、熒光增強(qiáng)型和熒光比率型。

熒光猝滅法主要基于目標(biāo)物對(duì)熒光物質(zhì)的直接猝滅作用或目標(biāo)物-識(shí)別元件-熒光體系的相互作用構(gòu)建。常用的熒光物質(zhì)包括有機(jī)染料、量子點(diǎn)、碳點(diǎn)、熒光MOFs、上轉(zhuǎn)換納米顆粒（UCNPs）等。Wang Gangding等采用溶劑熱法合成了具有強(qiáng)烈熒光且在水和有機(jī)溶液中穩(wěn)定性良好的三維MOF材料，利用所制備的三維MOF材料[Eu 2 (dtztp)(OH) 2 (DMF)(H 2 O) 2 .5 ]·2H 2 O對(duì)抗生素和農(nóng)藥分子的特異性識(shí)別作用以及抗生素和農(nóng)藥分子對(duì)其熒光的猝滅作用，構(gòu)建了用于水中甲硝唑、地美硝唑抗生素以及2,6-二氯-4-硝基苯胺農(nóng)藥快速測(cè)定的熒光傳感器，檢出限分別為18.3、9.3、5.28 μg/mL。該傳感器抗干擾能力強(qiáng)、環(huán)境耐受性好，在酸性、堿性溶液和沸水中可穩(wěn)定保存15 d，至少重復(fù)使用5 次。Wu Xiaoli等利用具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光特性的雙邊修飾磺酸鹽的四苯基乙烯（BSPOTPE），構(gòu)建了BSPOTPE-SiO 2 -MnO 2 三明治納米復(fù)合材料，進(jìn)一步結(jié)合酶抑制法，建立了基于熒光猝滅模式的對(duì)氧磷熒光傳感器，檢出限為1 ng/mL。其檢測(cè)原理為AChE水解硫代乙酰膽堿（ATCh）產(chǎn)生可分解MnO 2 納米片的硫代膽堿（TCh），阻礙MnO 2 納米片對(duì)BSPOTPE-SiO 2 熒光的猝滅；當(dāng)體系中存在對(duì)氧磷時(shí)，AChE活性被抑制，MnO 2 納米片分解程度減弱，熒光被猝滅。該傳感器可進(jìn)一步與熒光試紙條聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)氧磷的半定量快速實(shí)時(shí)檢測(cè)，為構(gòu)建基于聚集誘導(dǎo)發(fā)光效應(yīng)的熒光傳感器提供了借鑒。熒光增強(qiáng)法是在目標(biāo)物存在環(huán)境中，觀測(cè)體系發(fā)光強(qiáng)度的增強(qiáng)或新出現(xiàn)的發(fā)光峰，與熒光猝滅法相比，通常具有更低的背景信號(hào)和更高的選擇性。Tao Xuanzuo等利用嘌呤-肼衍生物合成了一種銅離子特異性熒光探針（ZDA），由于草甘膦和草甘膦銨具有較強(qiáng)的銅離子螯合能力，在ZDA-Cu 2+ 配合物中加入草甘膦和草甘膦銨鹽后，熒光迅速增強(qiáng)，從而基于熒光增強(qiáng)原理快速測(cè)定了細(xì)胞中的草甘膦和草甘膦銨農(nóng)藥，檢出限分別為11.26 nmol/L和11.5 nmol/L。除常用的有機(jī)染料、量子點(diǎn)等下轉(zhuǎn)換材料，UCNPs由于長波（近紅外光）激發(fā)、短波發(fā)射、反斯托克斯位移大、無光漂白和閃爍的性質(zhì)，可有效避免樣本自發(fā)熒光和散射光的干擾、降低背景信號(hào)并提高檢測(cè)靈敏度和穩(wěn)定性，近年來受到了廣泛關(guān)注。Yin Litao等制備了UCNPs標(biāo)記的氟蟲腈單克隆抗體和氟蟲腈半抗原標(biāo)記的AuNPs，利用氟蟲腈半抗原標(biāo)記的AuNPs和氟蟲腈對(duì)抗體的競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合，建立了菠菜、芹菜、小白菜中氟蟲腈的熒光增強(qiáng)免疫分析方法，檢出限為0.01 ng/mL。比率熒光法通過測(cè)量兩種或者多種不同熒光信號(hào)間的比率實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物測(cè)定。由于其通過自校準(zhǔn)方式解決了單發(fā)射熒光法易受環(huán)境影響的局限性，與傳統(tǒng)熒光方法相比，具有更高的靈敏度、準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。Wei Zhongyu等研究發(fā)現(xiàn)TiO 2 /C量子點(diǎn)可觸發(fā)客體堆積誘導(dǎo)發(fā)射效應(yīng)促使四環(huán)素、土霉素、金霉素、強(qiáng)力霉素在519 nm處的熒光增強(qiáng)，其中以四環(huán)素?zé)晒鈴?qiáng)度增幅最大，同時(shí)，由于內(nèi)濾效應(yīng)，四環(huán)素、土霉素、金霉素、強(qiáng)力霉素導(dǎo)致TiO 2 /C量子點(diǎn)在442 nm處的熒光減弱，據(jù)此構(gòu)建了比率型熒光傳感器。該傳感器響應(yīng)速度快（30 s），對(duì)四環(huán)素的檢出限為32 nmol/L，呋喃西林、環(huán)丙沙星、替硝唑、磺胺嘧啶、氯霉素、抗壞血酸等干擾物無明顯干擾，可成功應(yīng)用于水、蜂蜜、牛奶等多種復(fù)雜基質(zhì)；此外，TiO 2 /C量子點(diǎn)與紙芯片技術(shù)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)四環(huán)素的可視化定性定量分析。

2.1.3 SERS法

SERS技術(shù)源于1974年Fleischmann等的發(fā)現(xiàn)，吸附在粗糙的銀電極表面的吡啶分子產(chǎn)生的拉曼散射信號(hào)被極大地增強(qiáng)。SERS作為一種可提供分子指紋精細(xì)信息并在單分子層面實(shí)現(xiàn)超靈敏和快速無損檢測(cè)的分析手段，已迅速成為食品安全、公共衛(wèi)生、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域便攜式快速檢測(cè)應(yīng)用中頗具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)之一。

SERS增強(qiáng)機(jī)制主要包括源于貴金屬納米間隔結(jié)構(gòu)形成的等離激元共振電磁增強(qiáng)機(jī)制和基于基底材料與分子間電荷轉(zhuǎn)移的化學(xué)增強(qiáng)機(jī)制。SERS基底的選擇直接關(guān)系到SERS效應(yīng)的強(qiáng)弱。研究人員開發(fā)納米海膽、納米星、納米花等具有不同結(jié)構(gòu)的納米材料，并結(jié)合微納加工技術(shù)，設(shè)計(jì)構(gòu)筑具有豐富熱點(diǎn)的SERS基底，以實(shí)現(xiàn)超低濃度分子的可靠檢測(cè)。納米金、納米銀是最常見的SERS基底，可通過與含硫化合物的結(jié)合實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物無標(biāo)記分析。馬立鑫等根據(jù)目標(biāo)農(nóng)藥分子在不同金銀物質(zhì)的量比合成的金銀合金納米顆粒（Au-Ag ANPs）基底上拉曼信號(hào)的增強(qiáng)效果，選擇金銀物質(zhì)的量比為2∶4的Au-Ag ANPs作為拉曼增強(qiáng)基底材料，結(jié)合便攜式拉曼光譜儀對(duì)蘋果汁中的啶蟲脒和福美雙的混合農(nóng)藥殘留進(jìn)行同時(shí)檢測(cè)，檢出限分別為0.42 mg/L和0.036 mg/L。由于農(nóng)獸藥殘留檢測(cè)通常面對(duì)著較為復(fù)雜的檢測(cè)環(huán)境，提高SERS基底的穩(wěn)定性以應(yīng)對(duì)不同場(chǎng)景從而提升SERS實(shí)用性是本領(lǐng)域面臨的一大挑戰(zhàn)。Atta等利用最外層的GO涂層有效保護(hù)了銀-金納米星（SGNS）的尖刺，使其免于聚集。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，涂有氧化石墨烯的等離子活性SGNS具有膠體穩(wěn)定性，有效提高了SERS檢測(cè)重現(xiàn)性和靈敏度。基于此復(fù)合材料構(gòu)建的SERS平臺(tái)能夠直接測(cè)定蘋果等真實(shí)樣品表面的農(nóng)藥，對(duì)福美鋅、甲拌磷、三唑磷和谷硫磷的檢出限分別低至10、50、100 pmol/L和100 pmol/L。

拉曼報(bào)告分子是指具有很強(qiáng)拉曼信號(hào)或有獨(dú)特且明顯的拉曼位移的分子。除無標(biāo)記SERS檢測(cè)技術(shù)外，研究者們將拉曼報(bào)告分子與增強(qiáng)基底、特異性識(shí)別元件相結(jié)合構(gòu)建SERS標(biāo)簽，開發(fā)SERS標(biāo)記檢測(cè)技術(shù)，進(jìn)一步提高靈敏度和抗干擾能力。其中“SERS基底-拉曼報(bào)告分子-識(shí)別元件/目標(biāo)分子競(jìng)爭(zhēng)物”的三明治SERS標(biāo)簽應(yīng)用最為廣泛。Sun Yue等以吡蟲啉半抗原-AuNR@Ag-4-巰基苯甲腈為SERS標(biāo)簽，吡蟲啉抗體功能化的Fe 3 O 4 NPs作為信號(hào)放大劑，建立了河水和蘋果汁中吡蟲啉的SERS標(biāo)記競(jìng)爭(zhēng)型免疫分析方法。該方法具有良好的重復(fù)性和準(zhǔn)確度，與毒死蜱、敵敵畏、馬拉硫磷、噻苯咪唑等農(nóng)藥相比，對(duì)吡蟲啉具有較好的特異性和選擇性，檢出限為9.58 nmol/L。

2.1.4 SPR法

SPR技術(shù)基于金屬薄膜光學(xué)耦合產(chǎn)生的物理光學(xué)現(xiàn)象發(fā)展而來，在傳感分析、分子間相互作用研究、藥物篩選等領(lǐng)域均備受矚目。SPR現(xiàn)象的發(fā)生與表面介質(zhì)折射率、金屬膜介電常數(shù)以及入射角大小等因素密切相關(guān)。當(dāng)分析物與SPR傳感器表面結(jié)合時(shí)，引起金屬表面介電常數(shù)改變，繼而通過監(jiān)測(cè)反射光共振角度或者共振波長的變化對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行定性定量分析。SPR技術(shù)具有樣品用量少、待分析物無需標(biāo)記、響應(yīng)速度快、可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分析等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)獸藥快速檢測(cè)。

識(shí)別元件的選擇對(duì)SPR傳感器的精準(zhǔn)度具有重要影響。Miyake等以抗體作為識(shí)別元件，開發(fā)了基于微陣列芯片的SPR競(jìng)爭(zhēng)型免疫傳感器，用于6 種農(nóng)藥的同時(shí)測(cè)定，該方法與液相色譜檢測(cè)結(jié)果一致性高，嘧菌酯、啶酰菌胺、溴蟲腈、抑霉唑、惡唑磷、烯啶蟲胺在西紅柿中的檢出限分別為3.5、4.5、2.5、5.5、3.5、8.5 ng/mL。O?uz等在SPR芯片表面采用光聚合原位生成分子印跡納米膜，利用MIPs對(duì)農(nóng)藥分子的識(shí)別作用，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境水樣品中樂果和呋喃丹的測(cè)定，檢出限分別為8.37 ng/L和7.11 ng/L。該傳感器與液相色譜-質(zhì)譜方法相比，具有更高的靈敏度，且對(duì)硫磷、久效磷、西維因、惡蟲威等其他有機(jī)磷類和氨基甲酸酯類農(nóng)藥無干擾。

分析物與SPR傳感器表面結(jié)合后引起的折射率變化程度決定了SPR分析的靈敏度。然而在實(shí)際檢測(cè)過程中，痕量水平的農(nóng)獸藥分子引起的介電性質(zhì)的變化往往難以被監(jiān)測(cè)。隨著納米科技的發(fā)展，二維材料（MXenes、GO、MoS 2 ）、AuNPs、AgNPs等納米材料被發(fā)現(xiàn)具有SPR信號(hào)增強(qiáng)能力。Tan Jisui等提出了一種在Au SPR芯片表面修飾MoS 2 ，通過間接競(jìng)爭(zhēng)免疫法檢測(cè)磺胺甲唑的方法。與不經(jīng)MoS 2 修飾的Au SPR傳感體系相比，該法可實(shí)現(xiàn)磺胺甲唑的超高靈敏測(cè)定，檢出限（0.05 ng/mL）大幅降低，對(duì)構(gòu)建高靈敏SPR傳感器具有較好的借鑒意義。

2.2 基于電化學(xué)傳感器的快速檢測(cè)方法

電化學(xué)傳感器通過將目標(biāo)物在電極表面發(fā)生的物理或者化學(xué)變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)（電位、電流、電阻等）來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物的快速測(cè)定，具有微型化、成本低、選擇性好、響應(yīng)速度快、分析范圍廣、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全、臨床診斷等領(lǐng)域。電化學(xué)傳感器的識(shí)別元件和信號(hào)轉(zhuǎn)化元件決定了其選擇性和靈敏度。根據(jù)識(shí)別元件，可分為基于酶、抗體、Apt等生物識(shí)別元件的電化學(xué)生物傳感器和基于分子印跡、超分子化合物、納米識(shí)別材料等化學(xué)識(shí)別材料的電化學(xué)非生物傳感器。

隨著先進(jìn)功能納米材料的發(fā)展，研究者借助納米材料比表面積大、導(dǎo)電性能優(yōu)異、電催化活性好的獨(dú)特性能，為電極表面提供更多的活性位點(diǎn)，增強(qiáng)傳感界面的電子傳輸性能和對(duì)目標(biāo)物的催化活性，進(jìn)而提高電化學(xué)反應(yīng)的速率和效率，實(shí)現(xiàn)電化學(xué)檢測(cè)方法的性能突破。常用的納米材料主要包括石墨烯（GR）、碳納米管、石墨氮化碳（GCN）等碳基納米材料，金屬、金屬氧化物等金屬基納米材料，MOFs、共價(jià)有機(jī)框架材料（COFs）等。Yuan Chenghu等設(shè)計(jì)制備了新型納米復(fù)合材料CoS 2 -GCN，并以其為玻碳電極修飾材料，利用百草枯在電極表面氧化還原所產(chǎn)生的電流，成功實(shí)現(xiàn)了西瓜汁、蘋果汁、檸檬汁和橙子汁中百草枯的電化學(xué)測(cè)定。該傳感器由于CoS 2 和GCN的協(xié)同作用，具有靈敏度高（檢出限為4.3 nmol/L）、重現(xiàn)性好、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，為農(nóng)產(chǎn)品中百草枯的痕量檢測(cè)提供了新路徑。Wen Long等采用層層自組裝法制備了GR/Au/AChE修飾的絲網(wǎng)印刷電極，基于GR和AuNPs的協(xié)同增敏以及水胺硫磷對(duì)AChE催化ATCh產(chǎn)生電活性物質(zhì)TCh反應(yīng)的抑制，構(gòu)建了高靈敏電化學(xué)傳感器，成功用于黃瓜和水中水胺硫磷的無標(biāo)記檢測(cè)，檢出限（0.012 ng/mL）遠(yuǎn)低于GB 2763—2021《食品中農(nóng)藥最大殘留限量》規(guī)定的黃瓜中最大殘留限量（0.05 mg/kg）。Huang Yan等以4-氨基苯硼酸和煙酰胺為功能單體，在修飾有MWCNT-ZIF-8的玻碳電極上電化學(xué)原位聚合生成MIP，開發(fā)了一種測(cè)定水中加替沙星的電化學(xué)分子印跡傳感器。MWCNTs增強(qiáng)了電極電導(dǎo)率，ZIF-8提高了比表面積進(jìn)而增加了分子印跡結(jié)合位點(diǎn)，雙功能單體顯著提高了選擇性，三者協(xié)同作用賦予了該傳感器的超高靈敏度和抗干擾能力，加替沙星檢出限為2.61×10 -15 mol/L，環(huán)丙沙星、諾氟沙星、培氟沙星、左氧氟沙星無干擾。Fu Yuchun等采用Cu 2+ 摻雜的COF（Cu-COF）作為玻碳電極和分子印跡薄層的聯(lián)結(jié)橋梁，設(shè)計(jì)了MIP/Cu-COF/GCE電化學(xué)傳感器用于牛奶中諾氟沙星的測(cè)定，檢出限為1.90 μg/kg，遠(yuǎn)低于歐盟規(guī)定的牛奶中諾氟沙星的限量75 μg/kg。Cu-COF在增加導(dǎo)電性的同時(shí)使MIP更好地固定在電極表面，二者協(xié)同使構(gòu)建的檢測(cè)方法具有靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性和重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，在動(dòng)物源性食品中痕量污染物的日常監(jiān)測(cè)中展現(xiàn)了較大的潛力。

此外，納米材料的引入不僅有助于提升電化學(xué)傳感器性能，還有助于發(fā)展雙模式檢測(cè)，避免復(fù)雜樣品基質(zhì)干擾造成的假陽性。Wen Shaohua等設(shè)計(jì)了多功能COF/MB@MnO 2 納米復(fù)合物，結(jié)果表明，COF/MB@MnO 2 同時(shí)具有高信號(hào)分子負(fù)載量、目標(biāo)特異性識(shí)別單元和類氧化酶活性。納米復(fù)合物表面MnO 2 被AChE水解ATCh產(chǎn)生的TCh還原而分解，導(dǎo)致大量封裝的電信號(hào)分子亞甲基藍(lán)被釋放，電流明顯增強(qiáng)；同時(shí)未被分解MnO 2 催化TMB生成對(duì)近紅外光具有強(qiáng)吸收的oxTMB，并在808 nm激光照射下轉(zhuǎn)換為溫度響應(yīng)信號(hào)。當(dāng)體系中存在有機(jī)磷農(nóng)藥時(shí)，AChE催化ATCh反應(yīng)被抑制，MnO 2 分解程度減弱，導(dǎo)致電流信號(hào)減弱，光熱信號(hào)增強(qiáng)。依據(jù)該原理，構(gòu)建了電化學(xué)和光熱互補(bǔ)雙模式毒死蜱傳感器，檢出限分別為0.063 2 ng/mL和0.108 ng/mL。該方法對(duì)有機(jī)磷類農(nóng)藥表現(xiàn)出良好的選擇性，可有效避免食品和環(huán)境中的共存物質(zhì)的干擾，準(zhǔn)確測(cè)定水、卷心菜、韭菜、蘋果等真實(shí)樣品中毒死蜱的含量，為復(fù)雜樣品中痕量物質(zhì)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)提供了新思路。

2.3 基于壓電傳感器的快速檢測(cè)方法

壓電傳感器是利用壓電材料的壓電效應(yīng)，將敏感元件表面質(zhì)量變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的一種新型傳感器，具有響應(yīng)速度快、操作簡單、無需標(biāo)記、靈敏度高和可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)。常見的壓電材料包括石英晶體、壓電陶瓷和氧化鋅等無機(jī)壓電材料，聚偏二氟乙烯等有機(jī)壓電材料，DNA膜和肽等生物壓電材料，其中石英晶體微天平（QCM）發(fā)展最為迅速，在快速檢測(cè)痕量物質(zhì)和表征反應(yīng)變化過程中得到了廣泛應(yīng)用。QCM檢測(cè)原理為：當(dāng)樣品中的待測(cè)物質(zhì)與修飾在晶體表面上的識(shí)別材料結(jié)合時(shí)，晶體表面質(zhì)量發(fā)生變化，引起晶片的諧振頻率產(chǎn)生相應(yīng)變化，振蕩頻率的變化值與晶體表面質(zhì)量的變化值有相關(guān)性，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的靈敏檢測(cè)，其主要檢測(cè)模式包括直接法、夾心法和競(jìng)爭(zhēng)法等。

研究人員已基于抗體、Apt、MIP等識(shí)別材料開發(fā)出壓電免疫傳感器和壓電分子印跡傳感器用于農(nóng)獸藥殘留的檢測(cè)。Cervera-Chiner等以功能化的高頻石英晶體為傳感器、單克隆抗體作為生物識(shí)別元件，構(gòu)建了壓電免疫傳感器，利用傳感器的高靈敏度與抗體的高選擇性，實(shí)現(xiàn)了蜂蜜中西維因和滴滴涕的成功測(cè)定，在蜂蜜樣品中的檢出限分別為8 μg/kg和24 μg/kg，能夠滿足歐盟規(guī)定的蜂蜜中西維因和滴滴涕最高殘留限量要求（50 μg/kg）。MIP具有穩(wěn)定性高、成本低等優(yōu)勢(shì)，可彌補(bǔ)天然抗體化學(xué)穩(wěn)定性相對(duì)較低、價(jià)格昂貴帶來的應(yīng)用限制。Shikha等采用溶膠-凝膠法合成MIP，并將其涂覆在QCM傳感器的石英晶體表面構(gòu)筑壓電分子印跡傳感器。該傳感器由于分子印跡薄層的高吸附特性和良好的選擇性，對(duì)甲拌磷和馬拉硫磷展現(xiàn)了良好的特異性，且檢測(cè)結(jié)果與高效液相色譜法檢測(cè)結(jié)果一致性高。為進(jìn)一步提高檢測(cè)靈敏度和穩(wěn)定性，?zdemir等將鉬酸鉺（EM）和硫摻雜的類石墨相氮化碳（S-g-C 3 N 4 ）共混研磨制備了EM/S-g-C 3 N 4 納米復(fù)合材料，將EM/S-g-C 3 N 4 和MIPs依次修飾在QCM電極表面，實(shí)現(xiàn)了樂果的高靈敏測(cè)定，檢出限為3.3×10 -10 mol/L。此外，該傳感器抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性好、可至少重復(fù)使用5 次、保存6 周，對(duì)蘋果汁中樂果的監(jiān)測(cè)展現(xiàn)了較好的應(yīng)用前景。Yang Yukun等將AuNPs/HKUST-1修飾QCM電極上，進(jìn)一步通過Au-S鍵將四環(huán)素的Apt固定在AuNPs/HKUST-1上。研究結(jié)果表明，AuNPs/HKUST-1的引入提高了Apt-QCM傳感器的靈敏度，有利于牛奶樣品中痕量四環(huán)素的檢測(cè)（檢出限低至0.008 ng/mL）。對(duì)國 內(nèi)外近5 年以 來農(nóng)獸藥殘留檢測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)，如表1所示。

03

結(jié)語

本文對(duì)農(nóng)獸藥殘留檢測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行了歸納總結(jié)，詳述了常見不同農(nóng)獸藥識(shí)別元件的特點(diǎn)、制備方式和識(shí)別效果，并分析了多種技術(shù)在農(nóng)獸藥殘留快速檢測(cè)中的檢測(cè)原理和應(yīng)用效果。與傳統(tǒng)大型儀器檢測(cè)方法相比，農(nóng)獸藥精準(zhǔn)快速檢測(cè)技術(shù)具備耗時(shí)短、成本低、可實(shí)現(xiàn)快速現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)的巨大優(yōu)勢(shì)，近年來，受到了研究者們的廣泛關(guān)注并取得迅速發(fā)展，但在實(shí)際應(yīng)用中也在選擇性、靈敏度、穩(wěn)定性等方面面臨著諸多挑戰(zhàn)。識(shí)別元件是影響快速檢測(cè)技術(shù)性能最重要的因素。基于天然酶識(shí)別作用的速測(cè)技術(shù)依賴于酶的催化性能，易受環(huán)境影響，重現(xiàn)性有待提高；同時(shí)，該法往往適用于某一類農(nóng)獸藥，難以區(qū)分具體農(nóng)/獸藥品種。此外，該法目前多應(yīng)用于有機(jī)磷類和氨基甲酸類農(nóng)藥以及

-內(nèi)酰胺酶類獸藥的測(cè)定，應(yīng)用范圍相對(duì)較窄。基于抗體和Apt的速測(cè)技術(shù)特異性較好，但制備過程較為繁瑣，目標(biāo)物種類覆蓋度和商業(yè)化程度還有提升空間。基于MIP、MOFs材料等非生物識(shí)別的快速檢測(cè)技術(shù)具有穩(wěn)定性好、成本相對(duì)較低的優(yōu)勢(shì)，但存在一定的交叉反應(yīng)且材料的商業(yè)化程度較低，限制了其發(fā)展。在檢測(cè)手段方面，應(yīng)用最為廣泛的比色法在復(fù)雜樣品基質(zhì)中易受干擾且靈敏度不高，傳感器檢測(cè)方法商業(yè)化應(yīng)用程度低，多殘留高通量快速檢測(cè)技術(shù)發(fā)展相對(duì)不足。

鑒于此，農(nóng)獸藥殘留快速檢測(cè)技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)主要有：1）基于生物工程技術(shù)和理論計(jì)算，對(duì)酶、抗體等生物識(shí)別元件持續(xù)改進(jìn)并建立規(guī)模化制備關(guān)鍵技術(shù)，突破篩選難、穩(wěn)定性不足、成本高等瓶頸，推動(dòng)其商業(yè)化進(jìn)程。2）納米材料作為重要的識(shí)別和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)增敏元件，對(duì)檢測(cè)性能至關(guān)重要。需進(jìn)一步開發(fā)具有優(yōu)異的光學(xué)、導(dǎo)電性、類酶活性、識(shí)別能力的智能多功能納米材料并實(shí)現(xiàn)批量穩(wěn)定生產(chǎn)，提高農(nóng)獸藥快速檢測(cè)技術(shù)的分析性能和商業(yè)化應(yīng)用程度。3）通過巧妙的設(shè)計(jì)，發(fā)展多模檢測(cè)技術(shù)，有效提升抗基質(zhì)干擾能力和檢測(cè)精準(zhǔn)度。4）針對(duì)不同的快速檢測(cè)技術(shù)，開發(fā)適用于不同基質(zhì)的樣品前處理配套裝置，如利用微流控技術(shù)實(shí)現(xiàn)樣品前處理和檢測(cè)的一體化，有效解決假陽性和假陰性的同時(shí)，提升便捷性和檢測(cè)效率。5）發(fā)展多通道策略，結(jié)合微納加工和人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)獸藥多殘留快速精準(zhǔn)檢測(cè)，有效提升檢測(cè)通量以更好地滿足市場(chǎng)和監(jiān)管需求。

作者簡介

通信作者：

王珊珊，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所副研究員，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與控制，主要從事新型多功能納米材料的設(shè)計(jì)及其在化學(xué)污染物精準(zhǔn)分析和活性成分可控遞送中的應(yīng)用。近年來主持了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)子課題、農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂等國家/省部級(jí)項(xiàng)目20余項(xiàng)；第一作者/通信作者在

Nano Today、Analytical Chemistry、Journal of Hazardous Materials、Food chemistry

等期刊發(fā)表SCI論文；獲北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)等省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)6 項(xiàng)。

第一作者：

李方束，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所碩士研究生，研究方向?yàn)槭称钒踩刂萍夹g(shù)

引文格式：

李方束, 張瑞婷, 程贊, 等. 基于精準(zhǔn)識(shí)別的農(nóng)獸藥殘留快速檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 食品科學(xué), 2025, 46(6): 330-343.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240904-039.

LI Fangshu, ZHANG Ruiting, CHENG Zan, et al. Recent advances in rapid detection technologies based on precise recognition for pesticide and veterinary drug residues[J]. Food Science, 2025, 46(6): 330-343. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240904-039.

實(shí)習(xí)編輯：楊倩；責(zé)任編輯：張睿梅。點(diǎn)擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網(wǎng)

為匯聚全球智慧共探產(chǎn)業(yè)變革方向，搭建跨學(xué)科、跨國界的協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)，由北京食品科學(xué)研究院、中國肉類食品綜合研究中心、國家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局技術(shù)創(chuàng)新中心（動(dòng)物替代蛋白）、中國食品雜志社《食品科學(xué)》雜志（EI收錄）、中國食品雜志社《Food Science and Human Wellness》雜志（SCI收錄）、中國食品雜志社《Journal of Future Foods》雜志（ESCI收錄）主辦，西南大學(xué)、 重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院、 重慶市農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟、重慶工商大學(xué)、重慶三峽學(xué)院、西華大學(xué)、成都大學(xué)、四川旅游學(xué)院、西昌學(xué)院、北京聯(lián)合大學(xué)協(xié)辦的“ 第三屆大食物觀·未來食品科技創(chuàng)新國際研討會(huì) ”， 將于2026年4月25-26日 （4月24日全天報(bào)到） 在中國 重慶召開。

長按或微信掃碼進(jìn)行注冊(cè)

會(huì)議招商招展

聯(lián)系人：楊紅；電話：010-83152138；手機(jī)：13522179918（微信同號(hào)）