生物传感器在食品安全检测中的应用现状

随着科学领域的不断发展，食品业亦是逐渐实现多元化发展，各类型食品应运而生。在食品多样化发展的大环境下，为更好地保障食品安全，还需进一步提升当前食品检测技术水平，提高检测工作的准确性及有效性，确保我国食品行业能够实现健康可持续发展。传统的检测技术，如液相色谱、气相色谱、液相色谱-质谱等，大都面临着样本预处理过程繁杂、测定周期长、仪器设备笨重以及不能现场测定等弊端。生物传感器作为现代新兴检测技术手段，具有明显的优势，不仅检测准确速度快，且操作方法简便，具有相对较强的敏感性及特异性，能够有效提升食品检测工作的质量，使食品安全得到切实保障[1]。因此，当前开展对生物传感器在我国食品安全检测体系中的综合应用分析具有重要的现实意义。

1 生物传感器及其特点

生物传感器是指一类能够实时收集和处理检测信息的特殊设备，主要结构由生物分子识别元件和信号转换器两部分组成。采用已固定化制备的生物敏感性材料作识别的元件，如酶、抗体抗原、微生物、核酸和分子印迹聚合物等生物活性物质，当检测样品与其接触，通过分子识别与特异性结合将产生带有特征性的生物学信息。信号转换器将该特异响应转换成易检测判断的光学或电学信号，从而实现对靶标物质的检测。

常用的生物传感器有酶传感器、免疫传感器、适配体传感器和基于分子印迹技术的新型聚合物生物传感器等。相较于传统检测技术，生物传感器具有检测成本低、特异性高、简单便捷等优势，十分适用于现场的快速检测。检测人员在实际应用这一技术期间，仅需注意做好传感器的保养工作，并合理把握检测环境即可，能够满足多样化情境下食品安全检测的需求，在食品安全检测领域具有巨大的发展空间。

2 生物传感器在食品安全检测中的应用

2.1 酶传感器

酶传感器以生物活性物质酶作为识别元件，具有极高的特异性和灵敏性。其可催化待测物质反应并生成或消耗某种特定物质，这种变化可通过电化学装置转换成电信号，进而检测及分析出待测物质的含量，依据酶的功能性可分为酶抑制型和酶水解型两类。酶传感器可以立即检验繁杂试品，具备可选择性高、可多次重复使用、体型小、成本低等优势。

酶生物传感器发展较早，相关技术研发已基本成熟化，在食品中农药残留的检测方面得到了实质应用。张贤珍等[2]以固定化乙酰胆碱酯酶为识别检测元件，对敌百虫进行了检测，检出限达到2 ng·mL-1，时间较短且可重复使用。与此同时，为提高酶传感器的检测灵敏度，人们尝试将不同材料应用到酶传感器上。纳米材料具有与生物相容的特性，和酶相结合可传递电子提高反应灵敏度，是制造生物传感器的理想材料。YAN等[3]基于比率荧光量子点（RF-QD）和金纳米粒子（AuNPs）的组装开发了一种光学生物传感器，用于测定农药样品中的有机磷农药。两种不同颜色的量子点杂交形成的RF-QD提高了传感器的精度，其检测限为 0.018 ng·mL-1。

2.2 免疫传感器

免疫传感器技术是一种基于抗原抗体特异性结合来实现待测物质定量检测的技术，结合了免疫分析技术和传感器灵敏度高、使用简单、稳定性强、专一性强等优点，在食品安全检测方面得到了广泛的开发应用。

WANG等[4]研发了一种夹心式免疫传感器来检测食品中存在的副溶血性弧菌。将偶联后的氨基变性Fe3O4磁性纳米粒子与抗体固定在磁性GCE表面，用于快速分离并富集副溶血性弧菌，Ru(byp)3+与检测抗体固定在AgNPs-GO电极表面作为检测元件。免疫反应发生时，检测元件中的抗体与副溶血性弧菌发生高度特异性结合，使得GO促进电子的转移，光信号增大，该方法检出限为33 CFU·mL-1，检测时间为30 min。蒋雪松等[5]建立了一种压电免疫生物传感器结合流动注射的方法，用于检测样品中的农药残留，该传感器具有高特异性，可以重复使用，最低检测限为 2.16×10-3μg·mL-1。

2.3 适配体传感器

核酸适配体（Aptamer）通常是一个单链DNA或RNA的短序列，具有优异的识别能力，在复杂的样品中，适配体可通过非共价相互作用如氢键、范德华力、疏水作用和静电相互作用，结合到待测物质上，达到特异性识别的效果。适配体对待测物质的特异识别性和高亲和性与抗体相似，但与抗体相比，适配体明显具有更多的优势。适配体具有较高的化学稳定性，易于修饰，且合成周期更短，成本更低。适配体可在体外合成，拓宽了待测物质的使用范围，适用于不易获取抗体的非免疫原性或毒性待测物质。适配体的多功能性使其特别适合环境中各化合物质的现场检测与分析，并广泛应用到了各个研究领域。

王晓煜等[6]构建了一种新型比色型适配体传感器，用于快速检测大田软海绵酸，在最优条件下，检测限低至0.044 ng·mL-1。WANG等[7]开发了一种基于适配体的色谱条带测定方法用于毒素的快速检测。该检测方法的建立基于赭曲霉毒素A和DNA探针对适配体的竞争，其视觉检测限为1 ng·mL-1，试纸条显色信号定量检测器的检测限可降至0.18 ng·mL-1，测试样品的回收率为96%～110%。此外，其检测可在10 min内完成，表明基于适配体的侧流测定法是现场快速检测的潜在有用工具。

2.4 分子印迹聚合物生物传感器

分子印迹聚合物（Molecular Imprinted Polymer，MIP）是一些模拟生物体系对待测物质进行特异性识别和选择性吸附的化合物。在模板分子存在的情况下，功能单体经交联剂聚合后得到聚合物，之后通过物理或化学途径去除模板分子得到印迹聚合物，其含有与模板分子形状、大小及空间排列上互补的空腔以识别待测物质。具有高选择性和高负载能力，可以从复杂的样品中分离富集待测物质或与其结构类似的化合物，提高检测分析的回收率和检测限[8]。常被用作生物传感器平台中的仿生受体，与生物受体相比，MIP在各种条件下都具有较高的稳定性，而且可以为缺失生物识别元件的待测物质设计合适的识别位点，在生物传感器领域显示出巨大的发展空间。

有研究以吡虫啉为模板分子，乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，丙烯酸为功能单体，制备印迹聚合物，将其制备为固相萃取的填料用来提纯和富集茶汤中的吡虫啉，取得了较好的结果[9]。此外LIU等[10]结合化学发光将MIP应用于纸基，检测敌敌畏农药的残留，该检测方法对蔬菜样品中的敌敌畏具有优异的选择性和特异识别能力，检测限为0.8 ng·mL-1。

3 食品检测中生物传感器的发展趋势分析

现阶段，食品种类愈加繁多，需要检测人员展开大量的检测工作，以保障食品的安全性。因而生物传感器在食品安全检测领域的发展中，应注重高效化发展，确保检测工作能够保质保量完成。现阶段在安全意识不断提升的背景下，生物传感器还需加快革新力度，不断提高其检测技术的灵敏度，以便更为精准地识别食品内部存在的各项生物体，从而提升检测工作的质量。

食品安全存在各类影响因素，包括污染、农药以及添加剂等问题，而每一类问题又含有各类细节性问题。例如，污染问题就包含环境污染下的水污染、土壤污染、大气污染、重金属污染等因素。因而在实际进行食品安全检测期间，则需要应对各类问题进行有效检测，这就需要多样化生物传感器的支持，以更好地适应不同问题及不同环境下的检测需求，从而提升食品检测工作的精准度，有效保障食品的安全。

4 结语

在食品多样化发展的大环境下，生物传感器的应用能够更好地满足当前食品检测工作的需求，使食品安全检测的工作质量得以有效保障。本文结合现阶段食品安全检测问题发展现状，重点对酶传感器、免疫传感器、适配体传感器和分子印迹聚合物生物传感器进行了深入研究。除此之外，还有诸多生物技术可应用于食品安全检测当中，还需相关人员作进一步分析，通过加强对生物技术的应用，以更好地提升食品安全检测质量及效率，保障食品安全。