宋語(yǔ)嬌 王鑫

農(nóng)藥的充分使用為有效防治各類(lèi)病蟲(chóng)害、增加農(nóng)作物產(chǎn)量，確保食物供給作出了巨大貢獻(xiàn)。近年，很多國(guó)家和地區(qū)濫用、過(guò)量使用農(nóng)藥，食物中的農(nóng)藥殘留量較高，進(jìn)而引發(fā)中毒的問(wèn)題比較顯著。不少?lài)?guó)家明確規(guī)定了食品中農(nóng)藥最大殘留限量（MRL），很多國(guó)家紛紛將農(nóng)藥殘留分析當(dāng)作自身農(nóng)藥管理領(lǐng)域必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。人們?cè)絹?lái)越多地采取高效液相色譜法（HPLC）、氣相色譜法（GC）、液相色譜-質(zhì)譜法（LC-MS）、氣相色譜-質(zhì)譜法等，它們的優(yōu)點(diǎn)非常突出，如分離效能高、適用范圍廣、重復(fù)性好、靈敏度高、選擇性強(qiáng)，能夠定量定性地開(kāi)展多殘留分析，變成了農(nóng)藥殘留檢測(cè)流程中必不可少的一種常規(guī)手段。

美國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)服務(wù)研究中心針對(duì)傳統(tǒng)樣品前處理存在著單個(gè)樣品的凈化、提取時(shí)間長(zhǎng)，有毒溶劑消耗量較多等問(wèn)題，2002年第一次公開(kāi)發(fā)表了安全、耐用、高效、廉價(jià)、簡(jiǎn)便、快速檢測(cè)農(nóng)藥多殘留物的方法。如今這種檢測(cè)技術(shù)日益完善，被廣泛運(yùn)用到水果、蔬菜等多類(lèi)食品的農(nóng)藥殘留檢測(cè)中。常規(guī)檢測(cè)用到的儀器較為龐大、笨重、昂貴，并且需專(zhuān)業(yè)化的技術(shù)員進(jìn)行操作，且只能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開(kāi)展抽樣檢測(cè)活動(dòng)，無(wú)法有效滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)相關(guān)樣品的需要。不少?lài)?guó)家的技術(shù)工作者紛紛深入鉆研，希望開(kāi)發(fā)新技術(shù)，提出新原理，形成和設(shè)計(jì)出高靈敏度、特異性強(qiáng)、安全準(zhǔn)確、快捷方便、廉價(jià)簡(jiǎn)單的快速檢測(cè)技術(shù)。

一、生物檢測(cè)法

（一）生物傳感技術(shù)

生物傳感器涵蓋了檢測(cè)器、轉(zhuǎn)換器（用于信號(hào)轉(zhuǎn)換）、識(shí)別元件（其中的固定化酶層）等部分。底物通過(guò)酶的催化作用后，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)產(chǎn)物，由檢測(cè)器對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)，并且借助轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的化學(xué)、物理信號(hào)，進(jìn)而完成對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥殘留量的檢測(cè)活動(dòng)。

（二）酶聯(lián)免疫法

在生物學(xué)領(lǐng)域中，免疫學(xué)技術(shù)是運(yùn)用酶具備的催化性以及抗原抗體具備的免疫反應(yīng)特異功能而逐步成熟的技術(shù)。在檢測(cè)有機(jī)磷的過(guò)程中，蛋白質(zhì)分子和有機(jī)磷分子結(jié)合后被制成了具備抗原功能的物質(zhì)，使免疫動(dòng)物生成特異性抗體，把相關(guān)抗原和待測(cè)物結(jié)合起來(lái)，并添加酶的底物，借助酶和底物之間的顏色反應(yīng)，完成定性或者定量測(cè)定。酶聯(lián)免疫（ELISA）分析被廣泛地應(yīng)用于檢測(cè)有機(jī)磷的相關(guān)農(nóng)藥殘留。

（三）膽堿酯酶抑制法

在生物神經(jīng)傳導(dǎo)中，丁酰膽堿酯酶以及乙酰膽堿酯酶的作用非常關(guān)鍵，它可以使神經(jīng)傳導(dǎo)介質(zhì)正常傳導(dǎo)。按照酶抑制法，酯酶在一定條件下可以對(duì)羧酸類(lèi)物質(zhì)的水解反應(yīng)進(jìn)行催化，有機(jī)磷類(lèi)農(nóng)藥能夠抑制酯酶的活性，進(jìn)而壓制和弱化酯酶對(duì)羧酸類(lèi)物質(zhì)水解反應(yīng)的催化作用。按照有機(jī)磷農(nóng)藥的相關(guān)作用機(jī)理，在對(duì)農(nóng)藥殘留成分進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，可以借助膽堿酯酶自身的抑制程度，對(duì)樣品中的農(nóng)藥殘留含量超標(biāo)與否作出判斷。

二、納米材料技術(shù)

納米材料被界定為三維空間中最少有一維處在納米尺度的范疇內(nèi)（1～100 nm），或由其尺度范圍的相關(guān)物質(zhì)作為基本結(jié)構(gòu)單元而形成的材料總稱(chēng)。如今納米材料重點(diǎn)涵蓋金納米粒子、納米碳管、磁性納米粒子、熒光量子點(diǎn)等。納米材料具有顯著的交叉性，因其具備獨(dú)特的表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、體積效應(yīng)、尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等被人們高度重視，被用在諸多領(lǐng)域中。Qu F等把熒光免疫分析方法和磁性納米粒子有機(jī)結(jié)合起來(lái)，有效檢測(cè)了茄子、菠菜、胡蘿卜、白菜等多個(gè)農(nóng)作物的三唑磷農(nóng)藥殘留。Meng X等利用酶抑制原理，借助量子點(diǎn)和乙酰膽堿組裝出了傳感器，對(duì)樣品殘留的有機(jī)磷農(nóng)藥含量進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)的敵敵畏殘留下限為4.49 nmol/L，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了一種靈敏、快速、簡(jiǎn)單的檢測(cè)方法。Zhang K等設(shè)計(jì)出以量子點(diǎn)熒光信號(hào)開(kāi)關(guān)對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥進(jìn)行快速篩查檢測(cè)的方法，借助CdTe量子點(diǎn)所具備的表面協(xié)同熒光能量共振轉(zhuǎn)移和單配體，代替開(kāi)關(guān)機(jī)理，檢測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥具有高靈敏度和高選擇性。納米材料能夠批量生產(chǎn)、易于制備，可以使納米材料和電化學(xué)、傳感器、免疫學(xué)、生物學(xué)等結(jié)合起來(lái)，形成納米抗體免疫法技術(shù)，具有靈敏度高、速度快、特異性顯著等優(yōu)勢(shì)，如今科學(xué)家們?nèi)栽诔掷m(xù)篩選特異性更顯著的抗體。納米發(fā)光酶電化學(xué)生物傳感器，能夠有效破除能量轉(zhuǎn)移的不足，靈敏度、可靠性、準(zhǔn)確性都比較高。納米材料傳感器在較大程度上增強(qiáng)了電化學(xué)生物傳感器的再現(xiàn)性以及靈敏度，可以為有效檢測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥提供可靠的借鑒，進(jìn)而彌補(bǔ)相關(guān)技術(shù)的缺陷，成為農(nóng)藥殘留檢測(cè)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

三、生物傳感器技術(shù)

一般而言，生物傳感器是針對(duì)特定類(lèi)型的具有可反應(yīng)、可選擇特性的生物活性物質(zhì)或者化學(xué)物質(zhì)的分析裝置。傳感器自身的生物敏感層和相關(guān)復(fù)雜樣品中抗原、抗體底物以及酶、糖與外源凝集素、互補(bǔ)片段以及核酸之間等目標(biāo)分析物識(shí)別反應(yīng)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)、顏色、聲音、光熱等化學(xué)、物理信號(hào)的變化，上述變化經(jīng)由原理不同的轉(zhuǎn)換器（如離子選擇性電極、熱敏電阻、光敏管、壓電晶體等）轉(zhuǎn)換為第二信號(hào)（一般都轉(zhuǎn)換成電信號(hào)），通過(guò)放大后記錄或者顯示。

這些研究開(kāi)發(fā)出了多樣化的測(cè)定方法，有效提升了測(cè)量靈敏度，縮短了反應(yīng)時(shí)間，增加了儀器自動(dòng)化程度，增強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)能力等。按照生物傳感器的不同信號(hào)轉(zhuǎn)換器，將其劃分成光學(xué)、電化學(xué)、半導(dǎo)體、測(cè)熱型等多種傳感器。就電化學(xué)類(lèi)型的生物傳感器而言，將電化學(xué)電極當(dāng)作自身的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，與動(dòng)植物組織、微生物、酶等相關(guān)生物識(shí)別元件有效組合而成。酶電極將電極以及固定化酶有機(jī)銜接起來(lái)，向被測(cè)溶液中浸入酶電極，待測(cè)底物來(lái)到酶層中發(fā)生酶促反應(yīng)，消耗或者產(chǎn)生能夠被測(cè)定的、可還原或者可氧化的電活性物質(zhì)，電極能夠響應(yīng)其反應(yīng)，完成從化學(xué)信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)變，并開(kāi)展相應(yīng)的檢測(cè)活動(dòng)。

王翔借助有機(jī)磷農(nóng)藥以及乙酰膽堿酯酶間獨(dú)特的親和力，對(duì)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行優(yōu)化，將乙酰膽堿酯酶當(dāng)作固定的相關(guān)生物傳感器，將石英晶體作為惰性載體的針對(duì)性材料，構(gòu)建必要的理論模型，從實(shí)驗(yàn)中獲得酶固定的理想濃度環(huán)境和pH，測(cè)定敵百蟲(chóng)溶液，證明了濃度條件和pH的合理性。有機(jī)磷生物傳感器能夠促進(jìn)檢測(cè)活動(dòng)的連續(xù)性和自動(dòng)化，以有效滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)的要求。電化學(xué)分析方法靈敏、快速，兼具適用范圍廣和性能穩(wěn)定等多個(gè)特點(diǎn)，技術(shù)完善程度日益提升。

四、活體生物測(cè)定

首先，借助發(fā)光細(xì)菌對(duì)農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測(cè)。在有氧條件下，發(fā)光細(xì)菌的熒光素受到熒光酶的作用會(huì)出現(xiàn)熒光，然而其發(fā)光在受到若干有毒化合物的作用時(shí)會(huì)弱化，有毒物的質(zhì)量-體積濃度和發(fā)光減弱程度存在一定的線性關(guān)系，借助這種特點(diǎn)來(lái)測(cè)定農(nóng)藥殘留。它的顯著特點(diǎn)是價(jià)格低廉、反應(yīng)靈敏、簡(jiǎn)捷而快速，是非?？茖W(xué)的有機(jī)磷農(nóng)藥殘留檢測(cè)方法。此方法稍加改進(jìn)即可用來(lái)檢測(cè)水稻、水果等農(nóng)產(chǎn)品的農(nóng)藥殘留。袁東星等分析了以發(fā)光細(xì)菌檢測(cè)氧樂(lè)果、甲胺磷、敵敵畏、水胺硫磷、甲基異硫磷、辛硫磷等有機(jī)磷農(nóng)藥的狀況。其研究結(jié)果證實(shí)，隨著被測(cè)樣品中有機(jī)磷農(nóng)藥的質(zhì)量-體積濃度日益提高，發(fā)光細(xì)菌會(huì)逐步降低發(fā)光強(qiáng)度，它和農(nóng)藥自身的質(zhì)量-體積濃度呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系。發(fā)光細(xì)菌檢測(cè)方法的農(nóng)藥檢出最小質(zhì)量-體積濃度達(dá)到3 mg/L，能夠有效契合快速現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)活動(dòng)的半定量要求。其次，借助家蠅開(kāi)展農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)活動(dòng)。在菜汁中放入敏感性高的家蠅，4～5 h家蠅的死亡率低于10%的，可以判定為合格農(nóng)產(chǎn)品。它的優(yōu)勢(shì)是可以測(cè)定有毒的各種物質(zhì)，不需要特定儀器以及前處理，具有較高的靈敏度。

人們?yōu)榱朔乐位认x(chóng)災(zāi)害，超劑量、不合理地使用各種化學(xué)農(nóng)藥，造成農(nóng)產(chǎn)品和土壤中農(nóng)藥殘留量的日益增多，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品出口以及廣大群眾的健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅，破壞了原本正常的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。我們要順應(yīng)人民過(guò)上美好生活的新期待，持續(xù)強(qiáng)化農(nóng)藥殘留檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)，研發(fā)出更先進(jìn)、更科學(xué)的農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)分析技術(shù)，逐步增強(qiáng)農(nóng)藥殘留的檢測(cè)效率及靈敏度。