趙文瀟，翟飛，楊海龍，邴欣，賈敏*

（1.山東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250014；2.山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，山東 濟(jì)南 250012）

食品與人類(lèi)生存息息相關(guān)，食品的質(zhì)量與安全愈來(lái)愈受到公眾關(guān)注。食品檢測(cè)具有樣品基質(zhì)復(fù)雜、檢測(cè)種類(lèi)繁多及檢測(cè)組分含量低等特性。因此，針對(duì)食品質(zhì)量與安全問(wèn)題，開(kāi)發(fā)高效便捷的檢測(cè)方法顯得至關(guān)重要。儀器分析法已被廣泛應(yīng)用于食品分析中，其靈敏度高，準(zhǔn)確性強(qiáng)，但該法一般需要特殊的儀器設(shè)備，成本較高，且分析檢測(cè)人員需經(jīng)預(yù)先培訓(xùn)才可進(jìn)行操作，不利于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)。相比于儀器分析法，快速檢測(cè)法具有操作簡(jiǎn)單、試劑用量少和便攜性高等優(yōu)點(diǎn)，因此可高效快速地實(shí)現(xiàn)對(duì)食品的理化分析。天然酶化學(xué)檢測(cè)法常用于酶聯(lián)免疫吸附分析（enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）等快速檢測(cè)中。然而天然酶的提取過(guò)程繁雜，成本高，且難克服易失活問(wèn)題。納米酶因具有類(lèi)似天然酶的良好催化活性，且其具備成本低、易制備及穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)，可替代或協(xié)同天然酶構(gòu)建納米酶生物傳感器，使其作為分析檢測(cè)的良好補(bǔ)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(guò)氧化物酶活性的納米酶比較常見(jiàn)，如Fe3O4最早被發(fā)現(xiàn)具有類(lèi)辣根過(guò)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(xù)被發(fā)現(xiàn)，諸如氧化物酶模擬酶、過(guò)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(duì)底物親和力更強(qiáng)，Km值更低[2]。納米酶不僅催化類(lèi)型多樣，種類(lèi)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(fù)合納米材料、金屬有機(jī)框架（metal-organic frameworks，MOFs）和共價(jià)有機(jī)框架（covalent organic frameworks，COFs）等，越來(lái)越多成本低、穩(wěn)定性?xún)?yōu)良和功能多樣的納米酶被開(kāi)發(fā)。

納米酶生物傳感器是利用納米酶構(gòu)建的一種具有生物識(shí)別能力與催化能力的傳感器。由于納米酶具有可調(diào)整的酶學(xué)活性與豐富的種類(lèi)，因此可根據(jù)不同的檢測(cè)需要選擇適宜的納米酶，構(gòu)建多樣化的納米酶生物傳感器。本文簡(jiǎn)述了基于納米酶的生物傳感器檢測(cè)原理及其在食品質(zhì)量與安全檢測(cè)中的應(yīng)用，旨在更好地利用納米酶材料，為進(jìn)一步優(yōu)化現(xiàn)有的納米酶生物傳感器性能及開(kāi)發(fā)新型傳感器提供理論依據(jù)。

1 納米酶生物傳感器檢測(cè)原理

納米酶具有催化特性和納米材料特征，可以應(yīng)用于各種生物分子和化學(xué)物質(zhì)的檢測(cè)。納米酶生物傳感器，以納米酶為基礎(chǔ)元件，通過(guò)巧妙利用納米酶優(yōu)良的催化活性，產(chǎn)生和放大信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物的檢測(cè)?；诩{米酶的催化特性，納米酶可以作為信號(hào)標(biāo)簽，或利用待測(cè)物與納米酶的相互作用或其對(duì)納米酶催化體系的調(diào)控作用實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物的靈敏檢測(cè)。另外，納米酶還可以在反應(yīng)體系中單獨(dú)使用，作為信號(hào)放大器實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的進(jìn)一步放大。納米酶除了具有催化特性外，其獨(dú)特的納米材料特征，如超順磁性，光學(xué)特性等，與催化活性一起應(yīng)用于傳感器的構(gòu)建，可實(shí)現(xiàn)傳感器性能的進(jìn)一步優(yōu)化。

1.1 納米酶作為信號(hào)標(biāo)簽

納米酶在最初被發(fā)現(xiàn)時(shí)，就被用于替代天然酶，作為信號(hào)標(biāo)簽構(gòu)建生物傳感器[1]，是納米酶最簡(jiǎn)單的應(yīng)用方式。典型的例子是基于納米酶的ELISA方法與側(cè)向流免疫測(cè)定（lateral flow immunoassay，LFIA）技術(shù)。

已有多種具有不同催化活性的納米酶用于ELISA檢測(cè)中。傳統(tǒng)ELISA常以具有過(guò)氧化物酶活性的HRP作為信號(hào)標(biāo)簽，在H2O2存在時(shí)可催化氧化3，3'，5，5'-四甲基聯(lián)苯胺（3，3'，5，5'-tetramethylbenzidine，TMB）產(chǎn)生有色信號(hào)。但天然酶HRP的成本較高，并且在復(fù)雜的檢測(cè)環(huán)境中穩(wěn)定性不佳。具有類(lèi)過(guò)氧化物酶活性的納米酶代替HRP作為信號(hào)標(biāo)簽時(shí)，穩(wěn)定性更強(qiáng)，靈敏度更高[3]，有的靈敏度甚至可以高出商業(yè)化ELISA 3個(gè)數(shù)量級(jí)[4]。另外，除傳統(tǒng)的具有過(guò)氧化物酶活性外，越來(lái)越多具有不同酶活性質(zhì)的納米酶被開(kāi)發(fā)，為生物傳感器的設(shè)計(jì)和構(gòu)建提供更多的可能。例如，利用具有類(lèi)氧化物酶活性的納米酶作為信號(hào)標(biāo)簽，可在無(wú)H2O2條件下完成檢測(cè)，使檢測(cè)過(guò)程更加便捷[5]。

傳統(tǒng)LFIA試紙條常以金納米顆粒（gold nanoparticles，AuNPs）為信號(hào)標(biāo)簽，其檢測(cè)速度快，但需要大量AuNPs聚集才可獲得可見(jiàn)信號(hào)，其靈敏度有待進(jìn)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(wèn)題，如利用Co3O4納米酶作為信號(hào)標(biāo)簽，可以實(shí)現(xiàn)對(duì) 3-氨基-2-惡唑酮（3-amino-2-oxazolidinone，AOZ）的高靈敏度檢測(cè)，比基于AuNPs的LFIA試紙條檢測(cè)限提高了至少3倍[6]。免疫磁珠酶催化技術(shù)用于H7N9流感病毒檢測(cè)時(shí)，其靈敏度比傳統(tǒng)LFIA試紙條的靈敏度高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)[7]。

1.2 基于待測(cè)物對(duì)催化體系的調(diào)控作用

隨著對(duì)納米酶催化機(jī)理研究的深入，納米酶的應(yīng)用不僅限于作為信號(hào)標(biāo)簽，越來(lái)越多基于其催化機(jī)理而研發(fā)的生物傳感器不斷涌現(xiàn)，進(jìn)一步擴(kuò)大了納米酶在生物傳感器中的應(yīng)用范圍。待測(cè)物的加入會(huì)抑制或促進(jìn)納米酶催化反應(yīng)的進(jìn)程，影響反應(yīng)信號(hào)輸出，且檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)弱與待測(cè)物濃度具有相關(guān)性，從而實(shí)現(xiàn)待測(cè)物的靈敏檢測(cè)。由于具有過(guò)氧化物酶催化活性的納米酶是目前研究最多，催化機(jī)理研究最為透徹的納米酶之一，因此，以過(guò)氧化物模擬酶為例進(jìn)行論述。

1.2.1 納米酶催化底物影響信號(hào)輸出

在納米酶生物傳感器中，底物的性質(zhì)及濃度將會(huì)影響納米酶催化反應(yīng)的信號(hào)輸出，合理地利用待測(cè)物與納米酶催化底物之間的關(guān)系，可以構(gòu)建良好的傳感平臺(tái)。首先，當(dāng)待測(cè)物直接作為底物參與納米酶的催化過(guò)程時(shí)，輸出信號(hào)可與待測(cè)物建立直接的聯(lián)系。過(guò)氧化物模擬酶與天然HRP一樣，可催化H2O2，將無(wú)色顯色劑底物（如TMB）氧化為有色產(chǎn)物，因此可通過(guò)比色法實(shí)現(xiàn)對(duì)H2O2的檢測(cè)。如Li等[8]制備了具有優(yōu)良類(lèi)過(guò)氧化物酶活性的Pt/EMT納米復(fù)合材料，通過(guò)比色法能夠精確地檢測(cè)H2O2，檢出限低至1.1 μmol/L。其次，若待測(cè)物可與底物反應(yīng)，消耗底物濃度，則會(huì)降低最終輸出信號(hào)。例如谷胱甘肽（glutathione，GSH）具有還原H2O2的性質(zhì)，GSH加入量與H2O2的量成反比，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)GSH的含量測(cè)定[9]。

納米酶與天然酶可以協(xié)同完成對(duì)待測(cè)物的檢測(cè)過(guò)程。納米酶與天然酶的協(xié)同性主要表現(xiàn)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(diǎn)，同時(shí)穩(wěn)定其催化性能。如將MoS2納米片與HRP聯(lián)用，MoS2納米片既有過(guò)氧化物酶催化活性又具有片層結(jié)構(gòu)，不僅為天然酶HRP固定化提供了許多位點(diǎn)，也保證了后者在電極表面的高電化學(xué)活性，該材料的穩(wěn)定性使其可在某些惡劣的環(huán)境中完成對(duì)H2O2的檢測(cè)[10]。第二，納米酶不同于天然酶，雖然其穩(wěn)定性好，但其底物范圍較窄，酶學(xué)特性不似天然酶豐富，若將納米酶與合適的天然酶聯(lián)用，可將二者優(yōu)點(diǎn)結(jié)合，擴(kuò)大待測(cè)物的檢測(cè)范圍，實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)檢測(cè)。如將VS2納米薄片與葡萄糖氧化酶聯(lián)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(guò)氧化物酶活性測(cè)定生成的H2O2，從而實(shí)現(xiàn)溶液中葡萄糖濃度的檢測(cè)[11]。另外，還可與乙酰膽堿酯酶和膽堿氧化酶進(jìn)行偶聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)乙酰膽堿和膽堿的檢測(cè)[12]。

1.2.2 納米酶催化產(chǎn)物影響信號(hào)輸出

待測(cè)物可通過(guò)影響產(chǎn)物的濃度或性質(zhì)，進(jìn)而影響信號(hào)輸出。首先，待測(cè)物可以消耗反應(yīng)產(chǎn)物減少其濃度，從而降低檢測(cè)信號(hào)。Jia等[13]利用抗氧化劑可消耗反應(yīng)中間產(chǎn)物·OH的特點(diǎn)，利用Co3O4納米顆粒實(shí)現(xiàn)天然抗氧化劑（抗壞血酸、鞣酸、沒(méi)食子酸）的檢測(cè)。其次，待測(cè)物亦可影響產(chǎn)物的性質(zhì)從而影響信號(hào)輸出，例如Fe3O4納米酶在溫和條件下催化多巴胺，產(chǎn)生的熒光聚多巴胺可在480nm光激發(fā)下產(chǎn)生熒光，當(dāng)Zn2+存在時(shí)，所產(chǎn)生的聚多巴胺可以在360 nm處發(fā)射出強(qiáng)烈的熒光，以此可構(gòu)建靈敏的熒光傳感器用于檢測(cè)Zn2+[14]。

1.2.3 基于待測(cè)物與納米酶的相互作用

納米酶的表面及其結(jié)構(gòu)特性對(duì)其酶活性有重要的影響。因此，可以通過(guò)待測(cè)物對(duì)納米酶表面特性或結(jié)構(gòu)特性的影響，改變其催化活性，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物的檢測(cè)。納米酶的催化位點(diǎn)常存在于納米酶的表面，因此待測(cè)物與納米酶表面或表面吸附物相互作用時(shí)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(zhì)可改變納米酶表面特性的原理，探究待測(cè)物濃度與納米酶催化活性大小之間的關(guān)系，構(gòu)建生物傳感器，對(duì)待測(cè)物進(jìn)行測(cè)定。例如，二氧化硅納米粒子表面負(fù)載Pt納米粒子后具有優(yōu)異的類(lèi)過(guò)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(yīng)的顏色變化，因此該納米酶可以實(shí)現(xiàn)對(duì) Hg2+的檢測(cè)[21]。

納米酶結(jié)構(gòu)改變也可對(duì)其催化性質(zhì)造成影響，待測(cè)物對(duì)納米酶結(jié)構(gòu)的破壞，將會(huì)降低納米酶的催化活性。如As3+可以誘導(dǎo)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(dāng)As3+存在時(shí)，可以更強(qiáng)地螯合二硫蘇糖醇中的巰基，導(dǎo)致該納米酶重組裝。由于重組納米酶的類(lèi)氧化酶活性大大降低，因此TMB反應(yīng)受到抑制，基于此原理，可以構(gòu)建比色法測(cè)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(lèi)氧化酶活性降低，TMB顯色反應(yīng)降低，因此可對(duì)GSH進(jìn)行識(shí)別與檢測(cè)[27]。

1.3 納米酶作為信號(hào)放大器

納米酶的催化活性，使其即使不與抗體等識(shí)別材料偶聯(lián)，也可以作為信號(hào)放大器參與待測(cè)物檢測(cè)過(guò)程。最常見(jiàn)的是基于比色法的信號(hào)放大系統(tǒng)，合理地設(shè)計(jì)傳感平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，極大地放大檢測(cè)信號(hào)。例如，赭曲霉毒素A（ochratoxin A，OTA）與其適配體的結(jié)合導(dǎo)致修飾有堿性磷酸酶的互補(bǔ)鏈脫落，可催化抗壞血酸-2-磷酸轉(zhuǎn)化為抗壞血酸，完成第一次信號(hào)放大過(guò)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(jìn)而降低有色氧化產(chǎn)物的生成量，實(shí)現(xiàn)第二次的信號(hào)放大[28]。除比色方法外，納米酶信號(hào)放大系統(tǒng)也常被用于電化學(xué)生物傳感器的構(gòu)建。納米酶用于電極修飾，通過(guò)增強(qiáng)電化學(xué)信號(hào)實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大。如將Ag@ZIF-67納米復(fù)合材料修飾于電極時(shí)，電催化性能得到提高，對(duì)葡萄糖催化氧化活性增強(qiáng)，與原電極相比，改性電極的響應(yīng)時(shí)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(cè)中的應(yīng)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(chǎn)生熒光及具有等離子體效應(yīng)等特性，這些功能可使檢測(cè)過(guò)程更加便捷。

1.4.1 超順磁性

超順磁性納米酶的優(yōu)勢(shì)是可進(jìn)行磁驅(qū)動(dòng)，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(cè)物成分，通過(guò)催化完成檢測(cè)過(guò)程，提高檢測(cè)的靈敏度[30]。同時(shí)，超順磁性使得納米酶在檢測(cè)完成后便于回收[31]，并且在多次循環(huán)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(qiáng)過(guò)氧化物酶活性，可實(shí)現(xiàn)對(duì)GSH比色檢測(cè)，還具有易分離的可控性，能在反應(yīng)結(jié)束后通過(guò)磁選去除納米酶終止反應(yīng)，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(zhì)，使得納米酶生物傳感平臺(tái)具有了熒光傳感能力。一般通過(guò)低濃度鑭系摻雜劑添加到主體晶格中，構(gòu)建熒光納米結(jié)構(gòu)[34-36]。PA-Tb-Cu MOFs由發(fā)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(fā)射熒光的雙功能納米酶。當(dāng)抗壞血酸存在時(shí)，PA-Tb-Cu MOF納米酶可以催化H2O2生成H2O，同時(shí)納米酶中的Tb與抗壞血酸的O原子配位后，該物質(zhì)可在310 nm激發(fā)光下發(fā)出熒光，因此可以通過(guò)熒光實(shí)現(xiàn)對(duì)H2O2的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[34]。

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

SERS是納米等離子體效應(yīng)的一種，部分納米酶獨(dú)特的納米尺寸使其具有該效應(yīng)。因此，開(kāi)發(fā)基于納米酶的無(wú)標(biāo)記SERS的生物傳感器，可以靈敏地實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物的檢測(cè)過(guò)程[37-38]。例如，Au@AgNPs不僅具有類(lèi)似過(guò)氧化物酶和類(lèi)似葡萄糖氧化酶的雙重活性，還是超靈敏的SERS底物。當(dāng)該納米酶催化葡萄糖和水產(chǎn)生葡萄糖酸和過(guò)氧化氫，過(guò)氧化氫氧化TMB形成藍(lán)色的氧化產(chǎn)物時(shí)，在1 188、1 330、1 605 cm-1處SRES信號(hào)顯著增強(qiáng)，可用于分析待測(cè)物中葡萄糖含量[38]。

2 在食品質(zhì)量與安全檢測(cè)方面的應(yīng)用

鑒于納米酶優(yōu)良的特性，其在食品、環(huán)境及疾病診斷等領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣闊。在食品檢測(cè)方面，研究者基于上述納米酶的檢測(cè)原理，針對(duì)食品的外源污染物和內(nèi)源性營(yíng)養(yǎng)成分，開(kāi)發(fā)出多種分析檢測(cè)方法。近年來(lái)，納米酶生物傳感器的研究蓬勃發(fā)展，越來(lái)越多的具有高靈敏度、強(qiáng)特異性的納米酶?jìng)鞲衅鲬?yīng)用于食品質(zhì)量與安全檢測(cè)領(lǐng)域。

2.1 農(nóng)藥

農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展離不開(kāi)農(nóng)藥，農(nóng)藥在病蟲(chóng)害防治，提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量及質(zhì)量等方面具有重要意義。但許多農(nóng)藥難以降解或其降解產(chǎn)物仍具有較強(qiáng)毒性，因此，濫用農(nóng)藥可導(dǎo)致土壤、水源和空氣等環(huán)境污染及食品污染，并可通過(guò)食物鏈的富集作用最終進(jìn)入人體，威脅人類(lèi)健康。針對(duì)農(nóng)藥殘留的危害，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織/世界衛(wèi)生組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations/World Health Organization，F(xiàn)AO/WHO）等國(guó)際組織和各個(gè)國(guó)家均制定了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。研究者也開(kāi)發(fā)出一系列快速、靈敏、準(zhǔn)確的農(nóng)藥殘留檢測(cè)方法，其中許多基于納米酶的檢測(cè)方法表現(xiàn)出良好的應(yīng)用效果。

借助納米酶作為信號(hào)標(biāo)簽，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的超靈敏檢測(cè)。除了應(yīng)用于構(gòu)建傳統(tǒng)LFIA紙基試紙條外，還開(kāi)發(fā)出更多新型的納米酶?jìng)鞲衅?。Ruan等[39]利用具有過(guò)氧化物模擬酶活性的介孔核殼Pd@Pt納米顆粒標(biāo)記抗體，采用3D打印技術(shù)構(gòu)建納米材料增強(qiáng)復(fù)合電化學(xué)免疫傳感系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)阿特拉津和乙草胺兩種除草劑的同時(shí)檢測(cè)。在電化學(xué)分析中，Pd@Pt納米顆粒催化乙酸硫堇與H2O2的氧化還原反應(yīng)，從而提供電化學(xué)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，準(zhǔn)確指示除草劑殘留水平。該傳感器對(duì)阿特拉津和乙草胺的檢出限可達(dá)0.24 μg/L和3.2 μg/L。

除作為信號(hào)標(biāo)簽外，由于有機(jī)磷農(nóng)藥具有獨(dú)特的乙酰膽堿酯酶（acetylcholin esterase，AChE）抑制特性，基于此特性，開(kāi)發(fā)出多種與AChE聯(lián)用的納米酶?jìng)鞲衅?。其基本的檢測(cè)原理為：AChE催化生成的產(chǎn)物可抑制納米酶的催化活性或破壞納米酶的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而抑制氧化還原反應(yīng)的發(fā)生；而當(dāng)體系中存在有機(jī)磷農(nóng)藥時(shí)，AChE活性受到抑制，氧化還原反應(yīng)得以進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥的檢測(cè)。如Li等[40]構(gòu)建了一種具有類(lèi)氧化酶活性的鈷-組氨酸功能化石墨烯量子點(diǎn)-石墨烯雜化納米材料Co-His-GQD-G，與AChE聯(lián)用，進(jìn)行毒死蜱的比色檢測(cè)。AChE催化硫代乙酰膽堿產(chǎn)生硫代膽堿，硫代膽堿可抑制Co-His-GQD-G的催化活性，導(dǎo)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(jìn)而促進(jìn)藍(lán)色的氧化TMB生成，其檢出限可達(dá)0.57 ng/mL。AChE催化產(chǎn)物除可抑制納米酶活性外，還可通過(guò)破壞納米酶結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響氧化反應(yīng)的進(jìn)行。Jin等[41]利用具有類(lèi)氧化酶活性的MnO2納米片與AChE和膽堿氧化酶聯(lián)用，構(gòu)建多酶級(jí)聯(lián)系統(tǒng)的水凝膠試劑盒，并將其與智能手機(jī)檢測(cè)器集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)氧磷的現(xiàn)場(chǎng)篩查。AChE和膽堿氧化酶可催化乙酰膽堿水解生成H2O2，導(dǎo)致MnO2納米片分解，進(jìn)一步阻斷TMB的氧化。而對(duì)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(chǎn)生藍(lán)色響應(yīng)。利用智能手機(jī)捕捉圖像并通過(guò)自制的應(yīng)用程序進(jìn)行分析，對(duì)氧磷的檢測(cè)限可達(dá)0.5 ng/mL。該方法快速準(zhǔn)確，無(wú)需專(zhuān)業(yè)儀器，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

除以上兩種檢測(cè)原理外，一些農(nóng)藥可特異性地抑制納米酶的催化活性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)藥的檢測(cè)。Luo等[42]將具有過(guò)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(cè)。草甘膦能特異性抑制Co3O4納米片的催化活性，通過(guò)比色片上顏色強(qiáng)度的變化，實(shí)現(xiàn)草甘膦的視覺(jué)檢測(cè)。納米酶比色片具有良好的靈敏度和選擇性，僅用肉眼檢測(cè)，草甘膦的檢出限為0.175 mg/kg。該方法可在10 min內(nèi)有效檢測(cè)草甘膦，色斑維持在20 min以上，可應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品中草甘膦殘留量的大規(guī)模初篩中。除可以進(jìn)行單一農(nóng)藥檢測(cè)外，通過(guò)開(kāi)發(fā)陣列式納米酶比色傳感器可實(shí)現(xiàn)對(duì)多種農(nóng)藥的檢測(cè)。利用具有過(guò)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(gòu)建的雜原子摻雜石墨烯的納米酶比色陣列傳感器，可實(shí)現(xiàn)5種芳香族農(nóng)藥的檢測(cè)[43]。當(dāng)不同的農(nóng)藥被吸附在石墨烯上時(shí)，納米酶的活性位點(diǎn)會(huì)被不同程度地掩蓋，從而導(dǎo)致其催化活性降低?；谶@一原理，該陣列傳感器可成功地識(shí)別5 μmol/L～500 μmol/L 范圍內(nèi)的 5 種農(nóng)藥（乳芬、氟氧基甲?；⑵S嘧隆、氟美芬和二苯硫脲），為農(nóng)藥檢測(cè)提供了一種簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)的方法。

2.2 獸藥

獸藥在預(yù)防動(dòng)物疾病，改善畜產(chǎn)品品質(zhì)等方面具有非常重要的意義。當(dāng)前畜牧業(yè)中普遍存在獸藥用藥不當(dāng)或不遵循休藥期的現(xiàn)象，極易造成動(dòng)物源食品中獸藥殘留，從而危害公眾健康。為實(shí)現(xiàn)獸藥殘留的快速、靈敏、可靠和便攜的檢測(cè)，近年來(lái)，一系列基于納米酶的獸藥殘留快速檢測(cè)方法不斷涌現(xiàn)，并取得很好的應(yīng)用效果。

在獸藥殘留檢測(cè)中，納米酶作為信號(hào)標(biāo)簽，與抗體等識(shí)別材料聯(lián)合使用，實(shí)現(xiàn)獸藥殘留的檢測(cè)。Wei等[44]利用Au@Pt納米酶作為信號(hào)標(biāo)簽構(gòu)建LFIA，實(shí)現(xiàn)牛奶中鏈霉素的特異性檢測(cè)。該試紙條基于Au@Pt作為視覺(jué)標(biāo)記，其定性檢測(cè)限為1 ng/mL。基于Au@Pt納米酶活性的定性檢測(cè)限為0.1 ng/mL，而基于AuNPs作為視覺(jué)標(biāo)記的傳統(tǒng)LFIA的定性檢測(cè)限為8 ng/mL。利用納米酶顯色反應(yīng)可極大提高視覺(jué)檢測(cè)的靈敏度，使LFIA檢測(cè)方法可以更好地應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

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(diào)節(jié)其催化活性。與農(nóng)藥可以抑制納米酶催化活性不同的是，四環(huán)素類(lèi)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(luò)合，提高其催化活性，加速催化芬頓反應(yīng)。該方法對(duì)土霉素、四環(huán)霉素、強(qiáng)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(shí)別，間接調(diào)節(jié)納米酶的催化活性。適配體是一小段經(jīng)體外篩選得到的寡核苷酸序列，具有電負(fù)性，當(dāng)其吸附到納米酶表面時(shí)，可提高納米酶與TMB的親和力，從而提高其催化活性。當(dāng)獸藥分子與適配體特異性結(jié)合時(shí)，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(jīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)牛奶等畜產(chǎn)品中四環(huán)素[46]和卡那霉素[47]等抗生素的檢測(cè)。

納米酶作為信號(hào)放大元件，成功應(yīng)用于電化學(xué)傳感器中，實(shí)現(xiàn)對(duì)獸藥殘留的檢測(cè)。Li等[48]借助具有過(guò)氧化物模擬酶活性的Co3O4納米粒子與聚集誘導(dǎo)電化學(xué)基團(tuán)的共價(jià)有機(jī)骨架材料（covalent organic framework aggregation induced electrochemiluminescence，COF-AIECL）結(jié)合，構(gòu)建了電化學(xué)發(fā)光傳感器，進(jìn)行氯霉素的檢測(cè)。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(chǎn)生的電化學(xué)發(fā)光信號(hào)，成功實(shí)現(xiàn)蜂蜜、牛奶和雞肉樣品中氯霉素的檢測(cè)，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(cè)中具有一定的應(yīng)用潛力。

2.3 食源性致病菌

食源性致病菌是導(dǎo)致食品安全問(wèn)題的重要因素。在全球范圍內(nèi)，因致病菌導(dǎo)致的食品安全問(wèn)題屢見(jiàn)不鮮，受到人們的關(guān)注和重視。食源性致病菌的檢測(cè)技術(shù)層出不窮，其靈敏度及檢測(cè)速度均有極大提高。納米酶可以提高致病菌檢測(cè)的靈敏度和穩(wěn)定性，具有極好的應(yīng)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(xué)方法在致病菌檢測(cè)中最為常見(jiàn)。利用納米酶作為信號(hào)標(biāo)簽，對(duì)抗體進(jìn)行標(biāo)記，采用夾心法，可靈敏地檢測(cè)致病菌。Guo等[49]利用AuNPs標(biāo)記抗體，通過(guò)原位AuNPs生長(zhǎng)和納米酶催化沉積的兩步級(jí)聯(lián)信號(hào)放大策略，檢測(cè)大腸桿菌O157∶H7。該方法的檢出限可達(dá)1.25×101CFU/mL，比傳統(tǒng)LFIA試紙條的靈敏度提高400倍，在致病菌檢測(cè)中具有很大的應(yīng)用潛力。

除利用抗體標(biāo)記外，經(jīng)過(guò)修飾后的納米酶既能作為識(shí)別元件識(shí)別致病菌，又能進(jìn)行信號(hào)放大。Wang等[50]利用甘露糖修飾普魯士藍(lán)（man-PB）作為識(shí)別元件和信號(hào)指示器，檢測(cè)大腸桿菌O157∶H7。甘露糖可以與細(xì)菌鞭毛中的FimH蛋白結(jié)合從而捕獲致病菌，普魯士藍(lán)具有過(guò)氧化物模擬酶活性，產(chǎn)生比色信號(hào)，其檢出限可達(dá)102CFU/mL。Cu2+修飾的金屬有機(jī)骨架納米顆粒（Cu-modified metal-organic framework nanoparticles，Cu2+-NMOFs）同樣具有識(shí)別和產(chǎn)生信號(hào)的雙功能，可以有效地檢測(cè)細(xì)菌脂多糖[51]。Cu2+-NMOFs可被脂多糖的陰離子基團(tuán)捕獲，發(fā)揮識(shí)別作用；還能催化多巴胺氧化生成氨基鉻，產(chǎn)生強(qiáng)烈的電化學(xué)氧化信號(hào)，發(fā)揮信號(hào)放大作用。其對(duì)細(xì)菌脂多糖的檢出限為6.1×10-4ng/mL，有望應(yīng)用于細(xì)菌檢測(cè)中。

致病菌在食品中通常數(shù)量較少且分布不均勻，并且食品基質(zhì)的復(fù)雜性為致病菌檢測(cè)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(cè)中有出色的表現(xiàn)。與識(shí)別材料偶聯(lián)后，可利用磁場(chǎng)，特異性將食品基質(zhì)中少量的致病菌快速且選擇性地分離，在致病菌檢測(cè)中有出色的表現(xiàn)。Co3O4磁性納米酶與金黃色葡萄球菌特異性融合蛋白pVIII結(jié)合得到的Co3O4MNE@fusionpVIII，可以捕獲無(wú)菌牛奶中金黃色葡萄球菌。利用外磁場(chǎng)磁泳層析法分離后，利用Co3O4磁性納米酶的過(guò)氧化物酶活性進(jìn)行顯色，檢出限可達(dá)8 CFU/mL，可以實(shí)現(xiàn)金黃色葡萄球菌的快速靈敏檢測(cè)[52]。

2.4 真菌毒素

在食品及農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)和儲(chǔ)藏過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)真菌毒素污染問(wèn)題。全世界每年約有25%的糧食作物受到真菌毒素及其產(chǎn)毒菌污染，導(dǎo)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(yán)重威脅人類(lèi)健康。因此，研究者開(kāi)發(fā)出多種基于納米酶的真菌檢測(cè)方法，可實(shí)現(xiàn)真菌毒素快速靈敏的檢測(cè)。

在真菌毒素檢測(cè)中，納米酶常作為信號(hào)標(biāo)簽，與抗體及適配體等識(shí)別元件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)超靈敏檢測(cè)。與致病菌檢測(cè)不同，小分子的真菌毒素檢測(cè)常采用競(jìng)爭(zhēng)法。Zhu等[53]利用具有類(lèi)氧化酶活性的Co（OH）2納米籠標(biāo)記二抗，建立了一種間接競(jìng)爭(zhēng)ELISA方法，實(shí)現(xiàn)赭曲霉毒素的檢測(cè)。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(guò)氧化物酶活性的金屬有機(jī)框架結(jié)構(gòu)MOF作為信號(hào)標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)了黃曲霉毒素B1的檢測(cè)，檢出限為0.009 ng/mL[54]。另外，納米酶還可以標(biāo)記適配體進(jìn)行真菌毒素的檢測(cè)。利用具有類(lèi)過(guò)氧化氫酶活性的介孔SiO2/Au-Pt納米粒子作為信號(hào)標(biāo)記物，標(biāo)記適配體進(jìn)行黃曲霉毒素B1的檢測(cè)[55]，其檢出限為5 pg/mL，比傳統(tǒng)ELISA法（3 ng/mL）低600倍，極大提高了檢測(cè)的靈敏度。

2.5 有害金屬離子

有害金屬通過(guò)食物進(jìn)入人體，可產(chǎn)生急性中毒或慢性中毒。有害金屬易產(chǎn)生蓄積，對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)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(kāi)發(fā)靈敏、準(zhǔn)確快速的有害金屬檢測(cè)方法，對(duì)保障人類(lèi)健康具有重要意義。

由于有害金屬離子的特性，與農(nóng)藥、獸藥、食源性致病菌及真菌毒素等有害物質(zhì)不同，其抗體制備困難，較少采用免疫分析方法進(jìn)行檢測(cè)。但重金屬可特異性地增強(qiáng)、激活或抑制納米酶的催化活性。因此，可以利用其對(duì)納米酶酶活性的影響進(jìn)行檢測(cè)。Cr（VI）可促進(jìn)具有過(guò)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(shí)現(xiàn)Cr（VI）的檢測(cè)，其檢出限為0.039 μmol/L[56]。Hg2+則可激活氧化石墨烯穩(wěn)定的水溶性Ag2S納米顆粒（Ag2S@GO）的氧化酶活性，在Hg2+存在時(shí)，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(guò)氧化物酶活性，利用該原理開(kāi)發(fā)的便攜式Hg2+納米傳感器，結(jié)合商業(yè)三原色（red-green-blue，RGB）傳感器，最低可檢測(cè)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(shí)現(xiàn)多種重金屬的檢測(cè)。具有較強(qiáng)過(guò)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(cè)傳感器[59]。該比色傳感器具有良好的靈敏度和選擇性，對(duì) 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(hù)環(huán)境和人類(lèi)健康方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

3 結(jié)論與展望

食品質(zhì)量與安全問(wèn)題已成為全球人類(lèi)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題之一，因此，有效的檢測(cè)策略具有重要意義。本篇綜述了納米酶生物傳感器的檢測(cè)原理，概述近年來(lái)納米酶生物傳感器用于食品質(zhì)量與安全檢測(cè)的實(shí)例。納米酶生物傳感器具有顯著的穩(wěn)定性與易操作性，可以適應(yīng)食品成分的復(fù)雜性，靈敏地完成食品分析檢測(cè)，在食品質(zhì)量與安全快速檢測(cè)領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展空間。現(xiàn)有的納米酶雖然種類(lèi)多，但酶學(xué)催化反應(yīng)性質(zhì)少，可檢測(cè)的目的物有限，因此限制了納米酶生物傳感器的應(yīng)用范圍，有待進(jìn)一步研究和改進(jìn)。首先，需要開(kāi)發(fā)更多具有不同催化反應(yīng)性質(zhì)的納米酶，這將為納米酶的應(yīng)用提供更多可能。其次，需要開(kāi)發(fā)新型多功能納米酶，通過(guò)優(yōu)化合成條件或?qū){米酶進(jìn)行表面修飾改性或空間結(jié)構(gòu)調(diào)整等，使其具有更高催化活性、穩(wěn)定性與底物特異性，擴(kuò)大其實(shí)際應(yīng)用范圍。最后，構(gòu)建適宜的傳感平臺(tái)，開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)易得的便攜式檢測(cè)平臺(tái)，提升納米酶生物傳感器的便攜性。