电化学酶免疫传感器在食品安全检测中的研究进展

丁建英，沈 唐，顾春海

（常熟理工学院生物与食品工程系，江苏常熟215500）

电化学酶免疫传感器在食品安全检测中的研究进展

丁建英，沈 唐，顾春海

（常熟理工学院生物与食品工程系，江苏常熟215500）

电化学酶免疫传感器是一种标记型的免疫传感器，它结合了酶的放大作用和免疫传感器的灵敏度及特异性，是近几年来研究最多、发展最快，应用最广的一种免疫传感器。本文综述了电化学酶免疫传感器的特点及其在食品安全领域（包括食源性致病菌、生物毒素、药物残留等）的研究应用进展，并且对酶免疫传感器的发展前景进行了展望。

酶免疫传感器，食品安全，检测

Abstract：Electrochemical enzyme-linked immunosensor（ EEIS）is a marker of immune-type sensor，It is a combination of enzyme amplification and the sensitivity and specificity of the immunesensors.It is the most fully studied in recent years，the fastest growing，most widely used immunesensor.This paper reviewed the characteristics of the EEIS and its research and application progress in the field of food safety（including food-borne pathogens，biological toxins，drug residues，etc.），and looked forward to the future development of enzyme EEIS.

Key words：immunosensor；food safety；detection

近年来由于食品安全问题层出不穷，食品安全的快速检测方法的研究越来越受到人们的关注，传统的免疫学检测方法被广泛应用于食品安全检测［1］。电化学酶免疫传感器是近几年发展起来的一项新技术，它是将酶电极［2］的化学放大作用与免疫传感器的特异性、灵敏性相结合，检测研究效果优于普通的免疫传感器。电化学酶免疫传感器具有检测设备相对简单、使用方便、构制酶电极方法灵活、体系容易集成化、微型化等优点，同时无需对样品进行复杂的前处理。电化学酶免疫传感器在生物医学研究［3］、环境监测［4］等领域有了较多的研究应用，同样在食品安全检测领域也有了较多的应用研究。本文就酶免疫传感器在食源性病源菌、生物毒素、药物残留等方面的研究应用进展作一综述。

1 电化学酶免疫传感器概述

1.1 电化学酶免疫传感器的概念

1990年Henry等提出了免疫传感器的概念［5］。免疫传感器以免疫反应为基础，根据免疫反应中是否使用标记物又可分为非标记型免疫传感器和标记型免疫传感器。电化学酶免疫传感器是将抗原、抗体的免疫反应和酶的高效催化反应有机结合而发展起来的一种融合性技术。它结合了酶催化放大作用、抗原抗体的特异性识别作用和传感器测定的高灵敏度的优点［6］。

1.2 电化学酶免疫传感器的原理

酶免疫传感器的基本原理是通过酶的催化放大作用和免疫分析的高特异性，将酶与抗体或抗原结合起来，形成酶标记物，这些酶标记物仍保持其免疫活性，然后它与相应的抗原或抗体起反应，形成酶标记的或含酶的免疫复合物。再利用结合在免疫复合物上的酶对相应的底物催化作用，使底物发生水解、氧化或还原反应，或形成共价键结合点，通过电化学分析方法进行定性、定量测定。常用的电化学酶免疫传感器有以下几种类型：电导测量式、电位测量式、电流式、压电式电容式，其中较常用的是电流式酶免疫传感器。

1.3 电化学酶免疫传感器的特点

目前，食品检测的尖端仪器主要是HPLC、AAS、GC-MS、MS-MS、GLC、GC/MS/MS 等，而这些仪器普遍暴露出成本昂贵、操作复杂和检测时间长等缺点。与上述仪器相比，电化学酶联免疫传感器无放射性污染，试剂便宜且稳定，检测设备相对简单，使用方便，构制酶电极方法灵活，体系容易集成化，微型化等优点［2］，易于在中小型实验室中实现操作，便于普及和推广，因此近年来得到了广泛的应用。

2 电化学酶免疫传感器在食品安全检测中的研究应用

基于抗原-抗体特异性结合的工作原理，结合酶的催化作用，酶免疫传感器在食品安全检测中有了广泛的研究应用，不但应用于食品中生物性危害检测，主要包括致病菌、病毒、毒素等，而且在食品的药物残留检测方面也有不少研究应用。

2.1 检测食源性病源菌

食源性病源菌是引起人类食物中毒的最主要原因。常见的食源性病源菌有致病性大肠杆菌、沙门氏菌、单增李斯特菌、金黄色葡萄球菌等［7-9］。免疫传感器的出现极大地推进了食源性病源菌快速检测的发展，也使食品工业生产和包装过程微生物自动检测成为可能。马静等［10］人建立一种快速检测大肠杆菌O157∶H7的新型电化学酶免疫传感器。用静电吸附作用和抗原抗体特异性反应将大肠杆菌O157∶H7单克隆鼠抗固定在辣根过氧化物酶标记的羊抗鼠IgG/纳米金修饰的玻碳电极表面，制备用于检测大肠杆菌O157∶H7的酶免疫传感器。通过循环伏安法和恒电位法测定大肠杆菌O157∶H7被固定在电极表面引起的电信号改变进行定量分析。Vanessa［11］等用兔免疫球蛋白和酪氨酸酶固定于巯基丙酸膜修饰的金电极表面，利用竞争酶免疫学的检测原理对金葡菌进行定量检测。传感器显示的检测范围为4.4×105～1.8×107cfu/mL，最低检出限为1.7×105cfu/mL，并且用于牛奶样品的检测。

2.2 检测食品中的毒素

食品中毒素的种类繁多，食品在产前、运输、加工及销售等环节都有可能被污染，而且有些毒性大，很多有致畸、致癌作用。为了防止毒素超标的食品和饲料直接进入食物链，加强对其检测非常必要。黄曲霉毒素是一种常见的霉菌毒素，主要存在于玉米、花生等多种食物中，它是由黄曲霉和寄生曲霉产生的次生代谢产物，常见的几种黄曲霉毒素的毒性按大小顺序排列依次是 B1、M1、G1、B2、G2，B1 是最危险的致癌物，被国际癌症研究机构确定为I类致癌物，黄曲霉毒素M1是动物摄入黄曲霉毒素B1后在体内经羟基化代谢的产物，一部分从尿和乳汁排出，一部分存在于动物的可食部分，如乳、肝、蛋类、肾、血和肌肉中，其中以乳最为常见。2005年Micheli L［12］等研制了基于丝网印刷电极的免疫传感器用于AFM1的检测，将AFM1抗体固定于电极表面，用酶标AFM1抗原与待测的AFM1与丝网印刷电极表面的AFM抗体发生竞争免疫反应，从而对样品中AFM进行检测，其最低检出限为 25PPT，检出线性范围为30～160PPT，并直接用于牛奶中AFM1的检测。2008年Ai-Li［13］等在玻碳电极表面用咪唑四氟硼酸修饰及二氧化钛Nafion膜再通过纳米金吸附酶标AFB1抗体，制备成用于检测AFB1的电化学酶免疫传感器，传感器对浓度为0.1～12ng/mL的AFB1呈良好的线性关系，最低检出限为 0.05ng/mL，与传统的ELISA相比显示出良好的准确性。

2.3 药物残留的检测

食品中的药物残留包括植物产品中的农药残留和动物产品中的兽药残留，对药物残留的检测主要方法是气相色谱-质谱和液相色谱-串联质谱法及酶联免疫实验，这些检测方法需有高档的检测仪器及样品前处理复杂，无法用于食品的快速现场检测，因此对于食品药物残留的电化学酶免疫传感器有了较多的研究应用。

2.3.1 农药残留的检测 农药残留是指使用农药后，残存在植物体内、土壤和环境中的农药及其有毒代谢物。农药残毒就是残留在食品中的农药毒性。如果未按照国家安全使用规定施用农药和进行农产品采收，或违反国家规定使用高毒农药，农产品就会有农药残毒，就会对食用者身体健康造成危害，严重时会造成身体不适、呕吐、腹泻甚至导致死亡的严重后果。

Wilmer［14］用碱性磷酸酶标记的单克隆抗体，用一个电化学酶免疫传感器测定了水中2，4-二氯苯氧基乙酸的含量，检测限为0.1!g/L。

Starodub N F等人［15］用葡萄球菌A蛋白将抗西玛津的多克隆抗体连接在酶ISFET（离子敏场效应晶体管）生物传感器门栅上，通过2种方式检测试样中的西玛津（除草剂）：一种是待测液中同时存在已知量的被过氧化物酶标记的西玛津和未知量的待测西玛津，二者与ISFET上的抗体竞争结合，通过测量结合在ISFET上的酶活性即可确定西玛津的浓度，此方式的检测限为1.25!g/L，线性范围为5～17!g/L；另一种是先将ISFET插入待测液中，使抗体与其中的西玛津充分结合，然后，再将此ISFET插入含有酶标记的西玛津液中，使未被结合的抗体与被酶标记的西玛津结合，通过测量结合在ISFET上的酶活性即可确定西玛津的浓度，其检测限为0.65!g/L，线性范围为 1.25～18!g/L。

2.3.2 兽药残留的检测 动物性食品中的兽药残留问题日益受到人们的关注，兽药残留已成为食品安全中最重要的问题之一。动物性食品中最常见的兽药残留是激素和抗生素的残留。上海交通大学的朱将伟等根据竞争酶免疫反应原理设计的传感器在检测肉类食品中的激素残留获得了较好的效果。其设计的己烯雌酚传感器是由过氧化氢电极和己烯雌酚抗体膜组成，将一定量的过氧化氢酶标记的己烯雌酚加到待测样品中，酶标记的及未标记的己烯雌酚会与膜上的己烯雌酚抗体发生竞争反应，测定酶标己烯雌酚与抗体的结合率便可知食品中己烯雌酚的含量［17］。该免疫传感器检测限可达 8!g/kg，与ELISA法相当，但检测时间仅为20min。

李孝君［18］等将玻碳电极（GCE）表面氧化处理后，用戊二醛（GA）作交联剂，将新亚甲蓝（NMB）及辣根过氧化酶（HRP）标记的青霉素多克隆抗体（Ab3）修饰到电极表面，制成高灵敏电流型青霉素免疫传感器，传感器对鸡肉中含有的青霉素检测的线性范围是5～45ng/g，最低检出限为1.90ng/g。

3 展望

电化学酶免疫传感器已被广泛应用于医学、生物学、检疫学等方面，它是酶电极催化放大作用与高灵敏度的电化学分析及特异性的免疫分析技术有机结合，具有结构紧凑、使用方便、成本低、检测限低、可微型化、信号倍增等特点，因此在食品安全的现场快速检测方面有广阔的发展前景。

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Research progress of electrochemical enzyme-linked immunosensor in detection of food safety

DING Jian-ying，SHENG Tang，GU Chun-hai
（Department of Biological and Food Engineering，Changshu Institute of Technology，Changshu 215500，China）

TS201.1

A

1002-0306（2010）10-0415-03

2009-09-18

丁建英（1967-），女，讲师，研究方向：食品安全快速检测。