农药是在食品或农产品的种植、加工、储存和运输㊣过程中，为了提高作物产量和农产品质量，用于预防、消除、驱赶害虫、真菌和杂草的化㊣学物质。自上世纪九十年代来，新烟碱类杀虫剂（NEOs）逐渐发展为使用最广泛的农药之一。与其他4 类杀虫剂相比，烟碱类杀虫剂显著降低了对哺乳动物的毒性作用，但也有研究表明NEOs进入人体后可通过血液循环在器官中积累，因此具有一定的致癌性、遗传毒性和免疫㊣毒性等。目前传统的新烟碱类农药残留检测方法可以精确地检测农药，但仍具有一定局限性。
湖北中医药大学检验学院的李瑶、孙忠月*，湖北时珍实验室的廖唐斌*等系㊣统地总结了近年来生物传感器应用于✅新烟碱类农药残留的检测方法，以期为农药残留检测的研发提供更多的思路。
生物传感器一般是指对生物分子敏感并可利用生物化学反应将生物分子的某些信息定量转化为可测信号的信号转换系统，通常由生物识别元件和信号转换器两部分构成。检测新烟碱类农药残留生物传感器的识别原件包括抗体、适配体、小分子、分子印迹聚合物（MIPs）、气味结合蛋白和酶等。近年来，研究者们设计开发了多种传感器用于新烟碱类农药残留的检测，主要包括电化㊣学生物㊣传感器、荧光✅生物传感器、比色生物传感器和表面增强拉曼光谱（SERS）散射生物传感器等。表1汇总了不同类型生物传感器对新烟碱类农药残留检测情况。
电化学生物传感器采用固定电极作为基础电极，将生物活性分子作为分子识别物固定在电极㊣表面，然后通过生物分子间的特异性识别作用，在电极表面捕获目标分子，将生物浓度信号转变为电流、电阻、电势以及电容等可测量的电信号作为响应信号，从而实现对目标分析物的定量或定性分析。在很多工作中，学者㊣们通常采用各种信号放大策略如基于纳米材料的放大、杂交链式反应（HCR）等获得更高的灵敏度。由于电化学生物传感器具有灵敏度高传统的荧光染料、分析速率快、成本低、操作简单等优㊣点，已逐渐成为检测环境和食物中农药残留最常用的传感器。根据检测方法可将电化学生物传感器分为免标记型电化学生物传感器和标记型生物传感器。
基于阻抗法的电化学传感器是典型的免标记型电化学生物传感器，电极界面性质的变化会引起电化学阻抗的改变，电极㊣表面上✅的探针分子在捕获靶标前后会改变㊣界面的电容、双电层等，从而引起电阻抗信号的变化。金纳米颗粒（AuNPs）、银纳米颗粒（AuNPs）、铂纳米颗粒（PtNPs）等是电化学传感平台理想的信号放大基底材料。Madianos等将PtNPs横向排列沉积在叉指电极之间，适配体共价固定在功能化的PtNPs上（图1A），当ACE与适配体结合时，电子转移受阻导致电阻㊣抗增加，进而实现对ACE的检测，与传统的基于裸㊣金电极的电阻抗传感器相比，该传感器具有更高的灵敏度，检测限低至1 pmol/L。利用多孔材料增加电极表面的探针负载量是另一种放㊣大电流信✅号的有效方法。上述方法均不需要额外添加氧化还原活性物质，具有操作✅简单、成本低、选择性高、灵敏✅度高✅等优㊣点。
差分脉冲伏安（DPV）法、循环伏安㊣法、方波伏安法等模式也可对免标记型电化学生物传感器的电信号进行检测。Mei Xinliang等制备了一种利用DPV模式检测的电化学柔性传感器用于DNF的残留检测，构建了一种新型聚己内酯/聚吡咯/β-CD柔性电极。β-CD因其亲水的外表面和疏水的内腔，能和DNF形成主✅客体包结物，引起DPV信号的改变，β-CD不仅可以选择性地识别DNF，还可以与聚己内酯一起形成多孔结构，使该柔性电极具有良好的电㊣子转移效㊣率和吸附能力，检测限为0.05 μmol/L，成功应用于大米中DNF的残留检测。还有一些研究通过添加氧化还原活性物质引起电流电势的改变实现对农药小分子的免标记检测，如PB。例如，Liu C㊣hao等通过优化读数方法，利用DPV模式对✅IMD和PB引起的信号进行比率读数，提高了检测的准确性（图1B），在柔性印刷电极上对AuNPs、PB和β-CD进行复合修饰，PB作㊣为参考信号，β-CD能和IMD形成一个稳定的主客体包结物，检测限为58.67 ㊣nmol/L，PB引起的参考电流在不同浓度IMD条件下表现出显著的稳定性，与单信号模式相比提高了结果的准确性。还有许多研究通过在电极表面将不同的纳米材料复合在一起，多重信号放大提高㊣检测的灵敏度。Shi Xiaojie等利用纳米复合材料构建了一个具有双信号放大的免标记适配体传感器检测ACE。在石墨烯上沉积AgNPs（rGOAgNPs），为后续的材料固定化和电流信号放大提供了较大的比表面积。随后，PB标记的AuNPs（PB-AuNPs）通过电沉积方法固定到rGO-AgNPs表面，进一步放大了电信号输出，利用rGo-AgNPs的导电率和PB-AuNPs的催化作用实现了双放大效应，线 μmol/㊣L，检测限为0.30 pmol/L。Yi Jiangle等构建了一种基于3D-CS/rGO/GCE的免标记电化学适配体传感器（图1C），电沉积原位制备的3D-CS/rGO/GCE大大提高了自身的电导率和ACE适配体的负载量。当不存在ACE时，适配体进行自组装扩增DNA量，产生的DNA随后与钼酸盐反应产生电化学信号；当ACE存在时，适配体和ACE的结合阻止DNA自组装，电流信号减弱。基于三维多孔电极和DNA自组装策略对电流信号进行了双重放大，具有较好的检㊣测灵敏度，检测限低✅至71.2 ✅fmo㊣l/L，比其他免标记类传感器的检测灵敏度高100 倍左右，为该类生物传感器的构建提供了新的思路。
通过使用荧光染料、酶、金属离子、量子点（QDs）和碳量子点（CQDs）等纳米材料作㊣为信号标签，形成探针-靶标复合物后产生电信号变化称为标记型电化学生物传感器，通常能实现更灵敏和更㊣通用的检测。
农药小分子免✅疫原性差，一般来讲，抗体㊣对农药分子只有一个识别位点，通常需要通过竞争法进行农药残留的检测。Pérez-Fernández等开发了一种基于间接竞争免疫测定法的电化学传感器（图1D），在丝网✅印刷碳电极采用三明治结构对水中IMD进行检测。与传统的高效液相色谱-质谱法和酶联免疫吸附试验法相比，该传感器的响应范围㊣更㊣广、检测限更低，为24 pmol/L。该课题组为了进一步改善传感器性能，在丝网印刷碳电极上引入A㊣uNP，将IMD的特异性抗体固定在AuNP上，游离的IMD和辣根过氧化物酶标记的IMD直接进行竞争反应，AuNP的引入不仅提高了传感界面的比表面积，而且改善了传感器的电子性能，增加了探针的修饰数量。与之前的工作相比，这种直接竞争的机制更简✅单，避免了二抗的使用，缩短了反应时间，降低㊣了实验成本，已成功应用于水和西瓜样本中IMD的残留检测，检测限为22 pmol/L。Yang Yong等采用氨基功能化金属有机框架（MOF）（UiO-66-NH 2 ）对㊣GCE进行改性，该框架具有较大的比表面积，含有大量的Cd 2+ 和Pb 2+ ，将啉（TRS）和THD的抗原固定在UiO-66-NH 2 上后，TRS和THD抗体与磁珠偶联得到两个捕获探针，靶标分子㊣存在时和UiO-66-NH 2 上的固定抗原竞争性结合捕获探针，通过磁分离使UiO-66-NH 2 与磁珠分离，利用DPV检测㊣Cd 2+ 和Pb 2+ 的峰值电流，对TRS和THD进行同时检测，检测限分㊣别为0.98 nmol/L和0.34 nmol/L。该MOF具有特殊的孔隙结构和高表面积，可吸附不同的金属离子产生不同的电化学信号从而检测多种靶标，为多种农药的残留检测方案提供了新思路。
适配体因其成本低、易修饰等优点，常用作标记型电㊣化学生物传感器识别元件。Li Ruiyi等合成了一种精氨酸（Arg）和天冬氨酸（Asp）功能化的金-石墨烯量子点纳米杂化物（Arg/Asp-GQD-Au），Arg/Asp-GQD-Au提供石榴样结构和肖特基异质结构，具有优异的催化活性。ACE和氧化乐果（OMT）分别与双链DNA（dsDNA）中各自的适配体DNA杂交，释放辅助链DNA和Arg/Asp-GQD-Au标记的信号DNA杂交，触发DN㊣A循环，并将一个氧化还原探针带到电极表面，通过DNA循环，一个目标分子可以将许多氧化还原探针转移到电极表面，产生显著放㊣大的信号，线 nmol/L，检测限低至0.17 fmol/L。该工作对多种纳米材料复合，提高电信号标签的催化活性和电极的导电性，也是一种常用的信号放大策略。近来，Wang Jiasheng等构建了一种基于掺杂导电聚合物聚吡咯（PPy）的氮掺杂石墨烯（NG）纳米复合材料（NG/PPy）的双模式电化学适配体传感器对A✅CE进行测定。由于NG/PP㊣y/GCE对亚硝酸盐的氧化具有优异的电催化活性，NG/PPy被电沉积在GCE上，再将ACE适配体与NG/PPy结合，ACE存在时，ACE抑制NG/PPy/GCE催化活性的同时，适配体-ACE复合物的存在也导致导电性降低，DPV和计时安培法信号降低，两种模式㊣检测限分别低至0.49 pmol/L、0.15 fmol/L，通过利用各㊣模式的优势，这两种方法相互验证，提高了准确性，与单模式相比具有更可靠和准确的分析结果。
电化学传感器由于具有易微型化、操作简单、测定结果快速准确的特点，在新烟碱类农药残留分析领域潜力巨㊣大。但仍有一些问题需要注意，如电极表面修饰材料中的稳定性，实际样品基质中糖类、蛋白质等带来的干扰。因此，需要开发更具有创新性的策略从✅而实现更好、更精确的农药残留检测。
荧光生物传感器是结合荧光技术基因检测，利用待测物与生物识别元件之间的相互作用产生光学信号，通过光电信号转换而实现待测物的定性定量分析，具有设㊣备简㊣单、分析灵敏度高等优点，已在临床疾病诊断、食品环境㊣分析等众多领域得到了广泛的应用。根据检测策略将荧光生物传感器分为荧光信号打开型生物传感器和荧光信号关闭型生物传感器。
QDs、上转换纳米颗粒（UCNPs）和CDs是荧光生物传感器中应用最广泛的纳米材料荧光剂。Saberi等合成了㊣具有蓝色荧光的阳离子碳点（cCD），cCD带正电，在带负电的ACE适配体的存在㊣下，适配体聚集到cCD的表面，cCD的荧光被部分猝灭，随着ACE的加入，适配体与ACE结合而远离cC✅D，cCD的荧光得以恢复，检测限为0.3 nmol/L（图2A）。具有特异性识别位点的MIPs已被广泛应用于复杂基质中靶标的选择性识别，具有稳定性好、价格低等优点。Dai Yin等开发了一种基于MIPs的比率荧光生物传感器用于高选择性现场检测TMX（图2B）。首先利用MIPs将蓝色碳点（B-CDs）包裹，提供㊣响应信号，而红色碳点（R-CDs）作为内部参考。随着TMX浓度的增加，MX可以进入印迹腔与B-CDs外表面相互作用，导致蓝色荧光增加，而红色㊣✅荧光保持不✅变，从而形成了一个“荧光信号打开”的比率荧光传感器，检测限为㊣13.5 nmol/L。该反应也可通过视觉识别，检测✅限为70.1 ng/mL，当传感器与智能手机上的颜色识别应用程序进行接口时，荧光信息被实时捕获和分析，实现了TMX的现场定量。与传统的有机荧光团和QDs相比，UCNP具有发射峰窄、毒性低等显著优势。Guo Yirong等建立了一种基于GO和UCNPs的荧光免疫测定法（图2C），UCNP标记的㊣抗体和GO上固定的抗原相互作用，触发荧光共振能量转移，随着IMD浓度的增加，GO上的固定抗原和IMD发生竞争反应，荧光强度恢复，检测范围宽至0.3～195.6 nmol/L，且检测时间可控制在1 h以内，为食✅品和环境样品中IMD的快速检测提供了一种灵敏的方法。该方法耗时短、操作简单、不需要复杂的前处理步骤，可成功应用于废水、自来水和西红柿中ACE的测定。但是，纳米材料-抗体偶联物的合成还存在困难，Li Hongxia等设计了一种荧光信号响应策略规避了该问题（图2D），将金纳米簇锚定在氢氧化钴（CoOOH）纳米片上形成纳米复合材料，导致荧光强度显著降低，通过引入能够触发CoOOH纳米片㊣分解的抗坏血酸，可有效逆转猝灭效应，由于抗坏血酸诱导的相应荧光反应㊣与抗体标记的碱性磷酸酶（ALP）活性有关，经过竞争免疫反应后，ALP标记的抗体可与固定化抗原相结合，可调节检测㊣平台的荧㊣光变化对IMD进行检测，检测限是5.1 nmol/L，灵敏度是传统酶联免疫吸附试验法的60 倍，该方法不仅为农药检测开辟了新的前景，而且为荧光免疫分析提供了有效的策略。
“荧光信号关闭”型荧光生物传感器的工作机理是靶标存在时荧光猝灭或荧光强度显著减弱，而靶标缺失时荧光强度较强。
磁纳米颗粒（MNPs）通常被用于荧光信号关闭策略中探针-靶标复合物的分离从而降低未反应荧光材料的干扰。Sun Nana等设计了一种由适配体偶联apt-MNPs和互补DNA（cDNA）偶联UCNPs组成的荧光DNA探针（cDNA-UCNPs）。ACE与apt-MNPs特异性结合导致cDNA-UCNPs㊣与apt-MNPs分离，并通过外部磁铁进行分离，导致荧光强度降低，在最优条件下，荧光强度变化率在0.1～1.2 μmol/L范围内与ACE浓度呈✅正比，检测限为2.9 nmol/L。成功地应用于检测水稻、土壤、梨、苹果、小麦和✅✅黄瓜中的㊣ACE残留。Xie Wei等提出了一种以四氧化三铁为载体，采用表面分子印迹技术合成了具有核壳结构的磁性MIPs，制备了Fe 3 O 4 @SiO 2 @MIPIL荧光传感器对IMD进行检测，IMD与二烯基离子液体功能单体之㊣间的电子转移㊣导致了Fe 3 O 4 @SiO 2 @PIL的荧光猝灭，在1 min内快速猝灭传感器的荧光，检测限为0.3 nmol/L。该研究通过在磁表面结合MIPs克服模板分子嵌入聚合物中、模板分子未完全洗脱等缺点，提高了MIPs和靶标的结合能力。
尽管荧光传感器有很高的灵敏度和可控性，但这些传感器大多具有复杂的信号响应机制，且荧光染料及一些纳米材料表现出各种局限性，如荧光易漂白、生物毒性、强荧光背景和不✅稳定的化学性质㊣等，应简✅化✅实验程序，构建新型㊣荧光探针，进一步提高传感性能。
比色传感器的工作原理是基于比色反应，通过化合物或化合物组与被称为“致色（或彩色）试剂”的物质发生变色反应，进行定性和定量的㊣判断，具有肉眼可见、操作方便、检测速率快等✅优㊣✅✅点。AuNPs和AgNPs因其具有比表面积大、消光系数高、生物相容性好、信噪比好、易于合成和具㊣有过氧化物酶活性等独特的光学特性，被广泛应用于比色传感器。
很多研究通过以适配体作为识别原件，将适配体修饰在A✅u㊣NPs上，引起适配体结构变化，导致AuNPs聚集分散状态的改变，从而引起比色信号的改变，构建✅简单快速的比色传感器。Shi Huijie等将AuNPs应用到比色传感器中检测ACE（图3A），在靶标的作用下，适配体的构象从“无规卷曲”变化到“发夹结构”，AuNPs㊣颗㊣粒聚㊣集，引起颜色变化，检测限㊣低至✅5 nmol/L，实现了比色法在真实土壤样品中ACE的检测。Yang Limin等根据dsDNA和单链DNA（ssDNA）修饰的AuNPs对盐诱导聚集的稳定性不同，实现了对ACE超灵敏和高选择性的检测（图3B）。适配体和cDNA杂交共价连接到AuNPs上（dsDNA-AuNP），在0.15 mol/L NaCl溶液中不稳定且聚集，溶液颜色从红色变为紫色。在ACE的存在下，适配体从DNA双链体解杂交与AuNPs解离，ssDNA-AuNP在0.15 mol/L NaCl溶液中稳定且分散，并呈㊣现✅红色。由于DNA修饰的UCNPs和DNA修饰的AuNPs之间存在荧光内滤效应，将吸收信号转变为荧光信号，可以有效增强传感体系的灵敏度。ACE存在㊣时，AuNPs吸光度的变化可以转化为DNA修饰的UCNPs荧光✅指数变化，通过测量红色和绿色荧光的比例对ACE进行检测，检测限为0.36 nmol/L。Yang Limin等报道了一种注射器辅助适配体的传感方法用于比色测定ACE（图3C），首先将适配体、cDNA、AuNPs和琼脂糖磁珠（MABs）结合在一起制备dsDNA偶联AuNPs MABs（dsDNA-AuNP@MABs），其中适配体通过与cDNA杂交间接附着在AuNPs表面，在与ACE接触时，由于dsD✅NA的“刷状”状态切换到ssDNA的“煎饼”状态，可以降低✅的催化㊣活性，产生颜色变化，检测限为1 nmol/L，整个检测过程可以在注射器中全部完成，为今后实现农药残留现场检测提供了新思路。以上结果表明，所设计的适配体传感器对农药诱导的适配体构象变化具有较高的敏感性。
还有研究以酶和小分子作为比色传感器识别元件对新烟碱类农药进行检测。Zhao Ting等开发了一种基于酶的比色传感器阵列对IMD、草甘膦等8 种农药进行简单的区分和检测（图3D）。由于乙㊣酰胆碱酯酶水解能力受不同农药的影响，通过水解乙酰硫代胆碱产生不同浓度的硫代胆碱，硫代胆碱通过Au-S键与AuNPs连接，导致AuNPs发生聚集，产生颜色变化，视觉上对所有农药的检测㊣限均小于0.15 m✅mol/L。该工作通过引入酶，将不同分析物的检测转化为单一物质的检测，简化了实验㊣步骤和检测成本，相应的数据结果可通过智能手机轻松获得。与AuNPs相似，AgNPs也能在溶液中表现出颜色变化。
比色传感器由于其成本效益、灵敏✅度和稳定性，可用于简单、快速的现场检测，正成为许多实验室常用的检测平台。纳米材料的加入在一定程度上提高了灵敏度。然而，使用比色传感平台分析复杂的实际样本存在一定的挑战。此外，昂贵的试剂和不稳定性也限制了它们的实际应用。因此，这些问题需要在未来进一步研究解决。
ECL生物传感器是通过在电极上施加一定的电压使电极反应产物之间或电极反应产物与溶液中某组分之间进行化学反应而产生的一种光辐射，ECL法兼具电化学和化学发光㊣法的双重优点，如高㊣灵敏度、极低的检测限、较宽的线性范围、仪器简单、操作方便、易于㊣实㊣现自✅动化等。
由于AuNPs的催化活性，常用于ECL体系催化发光底物，例如，Guo Yemin等构建了一种基于四面体核酸的✅ECL传感器用于ACE的检测（图4A）。首先制备了AuNPs-四面体适配体纳米结构（Au-TAN），将鲁米诺和过氧㊣化氢作为反应底物，在H 2 O 2 存在的情况下，鲁米诺在㊣外加电压的作用下被氧化成激发形态作为ECL发射器，随着修饰过程的✅进行，低聚核酸物质阻碍了电极表面的电子转移，削弱了鲁米诺的氧化过程，ECL的发光强度降低，ACE存在时，形成的适配体-ACE惰性复合物会进㊣一步削弱ECL的强度，检测限低至0.06 pmol/L，在蔬菜的ACE残留检测中具有很大的实际应用潜力。四面体适配体的多面结构增强了适配体和结合能力，同时，AuNPs也可以催化H2O2，增强该传感器的发光性能，提高了灵敏度。此外，为了提高检测性能，发光试剂通常装载㊣在多孔的纳米材料上，如介孔材料、多孔金属氧化物、MO㊣F等材料上，提高发光试剂的装载量。MOF的空心结构有效降低了纳米✅材料的电阻，可作为有效装载ACE适配体的载体。Tang Feiyan等开发了一种基于纳米复合材料改性电㊣极的ECL传感器，该工作合成了UCNPs功能化的沸石咪唑酯骨架纳米复合材料结合MIPs，当不同浓度的IMD作为靶标分子被吸附㊣时，电聚合条件下产生的空腔被占据，ECL信号强度也发生了变化。该复合材料改性电极✅✅具有一定的✅多面结构，表现出出色的ECL性能，信号强度大且✅稳定，对IMD的检测限低至0.04 pmol/L。大多数发射器需要溶解在有机溶剂中或固定在电极表面以实现ECL发射，具有一定的毒性并且存在复杂的标记程序和短发射波长。Qi Hongjie等合成了Ir（III）配合物并将其用作ECL发射器（图4B），该发射器合成简单、成本低，对DNA的G-四链体有很强的嵌入能力。利用该特✅性，ACE存在时可激活HCR对信号进行放大，生成大量的G-四链体，Ir（III）配合物被G-四㊣链体锁定，无法向工作电极扩散，ECL信号强度减弱，检测限低至0.23 pmol/L，实现了对ACE的无酶、免标记和高灵敏的ECL检测。
ECL生物传感器与荧光和电化学方法相比，具有动态范围宽、信噪比低、灵敏度高、操作简单㊣等优点。近年来，人们通过引㊣入各种新型纳米材料提高ECL传感器的性能，致力于开发新型ECL传感器，需要探索新的ECL底物、固定模式、分子识别元件和信号增强方法，以扩大其在不同领域的应用。
SERS可以实现对多种分析物的“分子指纹识别”，通过采集分子振动识别其含量，这种方法已经应㊣用于从小分子物质到蛋白质的广泛分析物的敏感检测。SERS传感器具有㊣操作简单、响应迅速、灵敏度㊣和特异㊣性高、无标签和稳定性高等显著优点。
现有的SERS传感器，由于复杂的食品基质存在生物干扰，农药的检测仍然具有很大的挑战性，4-(巯基甲基)苯甲腈（MBN）具有很强的拉曼峰，可以有效消除食物基质中生物分子的光学干扰，常作㊣为SERS传感器拉曼探针。Sun Yue等开发了一种抗干扰SERS适配体传感器用于食品中ACE的残留检测（图5A），将聚腺嘌呤（polyA）连接的适㊣配体和MBN共价结合在AuNPs上合成拉曼探针（MBN-AuNPs-Aptamer），偶联cDNA的AgNPs修饰的硅片（AgNPs@Si）作为SERS衬底。ACE与适配㊣体结✅合，阻止MBN-AuNPs-Aptamer-cDNA--AgNPs@Si）杂交的形成，使拉曼信号降低，该策略对食品中ACE残留的实际样本痕量检测有很大的应用潜力，线 nmo㊣l/L，检测限低至6.8 nmol/L。将MBN作为拉曼标签可以避免实际检测样本中其他有机物存在时的干扰，且利用polyA将适配体功能化在AuNPs上，方法简单，避免了巯基基团的引入对适配体亲和力的影响。该团队又以双金属金-银纳米长方体（AuNR@Ag）连接固定抗原和MBN作为拉曼探针，以IMD抗体功能化的Fe3O4磁性纳米颗粒作为信号增强剂，构建了一种竞争性免疫传感器用于检测IM✅D（图5B）。IMD和固定抗原竞争结合特异性抗体，更少㊣的MBN产生SERS信号，成功应用于实际样品中IMD的测定，线 nmol/L，检测限低至✅9.58 nmol/L，回收✅率高达96.8%～100.5%。以MBN作为拉曼标签有效消除了有机污染物的干扰，Fe3O4磁性纳米颗粒增大了拉曼探针㊣的负载面积，简化了分离过程。由于农药使用的复杂性，与单一农药的检测相比，对多种农药的同时检测更能满足人们的需求。Zhou Jie等建立了一种新的SERS㊣策略（图5C），通过适配体结构的改变检测SERS信号的变化。采用AgNPs点缀具有柔性和黏附性的聚合酶链式反应密封膜（PCR-M）作为SERS底物，适配体修饰在PCR-M上，由于PCR-M的黏附性可快速捕获㊣ACE，导致适配体的结构从“水平”变为“垂直”，由于适配体序列腺㊣嘌呤具✅有㊣强大的SERS信号，导致信号增加，该方法过程简单、稳定性好、重现性好，且与上述工作相比具有✅较好的灵敏度，检测限低至1 nmol/L，可用于农业产品中农药残留的检测。
尽管SERS传感器已被证明是一种很有前途的快速农药分析检测工具，但目前的研究仍处于早期阶段，仍然存在一些挑战。例如SERS对具有类似结构性质和拉曼活性的同系物选择性较差，难以实现农药多残留同步分析；农产品基质的SERS信号易与农药分子的S✅ERS图谱重合，基质效㊣应严重；且一些农药因结构问题难以通过直接检测将其识别。
SPR生物传感器原理是介质传感界面的折射率发生变化，从而引起共振吸收的角度或共振吸收光谱的波长发生位移。SPR传感器具有成本低、耗时短、准确率高㊣等优㊣点，已被广泛应用于各个研究领域，并逐㊣渐应用于农药检测中。
抗体常用以SPR生物传感器作为多种农药同时检测的识别元件。微流控芯片是一种在微米大小的通道中操纵微流控流体的技术，能实现“前处理检测一体化”，是多靶标检测的有力工具，Wang Shenghan等将SPR技术和微流控✅技术结合起来，提出了一种基于SPR的纳米等离子体芯片，该芯㊣片集成了多✅通道✅光谱成像系统，采用竞争性结合免疫分析法对IMD和氟虫腈等农✅药进行快速筛选和检测（图6A），在农药-抗体混合物中，目标农药首先占据抗体结合位点，然后在微流控通道中流动时，残留的未结合抗点与纳米等离子体芯片上的半抗原结合，导致SPR峰移位，该芯片具有体㊣积小、通量高、光学装置要求㊣简单等优点，IMD的检测限㊣为0.57 μmol/㊣L。由于农药的分子质量非常低，使得基于㊣蛋白质探针直接检测的方法具有挑战性，大多数都是基于竞争性免疫分析，为了简化检测过程且同时✅满足多种新烟碱类农药的检测，Chang Tingwei等提出了一种基于新烟碱类农药气味结合蛋白2A检测多种新烟碱类农药的方法（图6B），当NE✅Os与㊣AuNPs上的OBP2结合时，利用数字纳米等离子体测量软件记录并比较以局域表面等离子共振（LSPR）峰为中心的A和B两个相邻波长波段的散射像强度，同时考虑了这两个频段的峰移和相对强度变化，LSPR信号得到了显著增强，然后计算光谱图像对比度作为信号响应。该方法对新烟碱类IMD、ACE和DNF的检测限极好，分别为5.5、6.7 nmol✅㊣/L和22.3 nmol/L。
虽然SPR传感器具有很多优点，但是由于其在复杂㊣或恶劣环境适应能力差，限制了SP✅R传感器的应用。因此提高SPR传感器在新烟碱类农药残留检测中的灵敏度、稳定性和特异性成为该领域的研究热点。
LFT是一种基于探㊣针靶标识别和色谱分离的技术，具有成本低、操作简单快速、基于肉眼的直㊣观㊣结果等优势，被广泛应用于食品和环境监测。
信号标记物是决定LFT检测灵敏度的重要因素，好的标记物会使LFT具有更高的灵敏度和更佳的稳定性，其中将纳米材料标记在抗体上作为信号分子具有制备简单、稳定、显色程度好等优势。基于QDs的LFT已被开发出来，Wang Shuangjie等开发了㊣一种基于QDs的荧光侧流免疫层析分析法，结合广泛特异性抗体用于检测典型的新烟碱类农药（IMD、氯噻啉和㊣噻虫胺），视觉检测限为2～3.9 nmol/L，条带试验可以在30 min内完成。与QDs相比，AuNP㊣s更稳定，不会被样本的复杂基质猝灭。Sheng Enze等将抗体与SERS技术结合，制备了基于SERS散射的横向流动试验条（SERS-LFT）对氯噻啉、IMD、乙氧氟草醚3 种农药进行检测（图7A），采用竞争性免疫结合法同时检测3 种农药。将SERS信号分子4-硝基苯酚（4-NTP）包裹在两种金属之间（Ag4-），将3 种农药分析物的特异性抗体与SERS信标分子偶联（✅Ag4--氯噻啉、Ag✅4-㊣-IMD、Ag4--乙氧氟草醚），喷洒到结合垫上，在硝酸纤维素膜上制备3 个测试线 种农药的特异性抗原），用于多残留检测。农药分子与Ag4-NTP@Au-抗体竞争结合T线上的抗原，SERS信号的强度与样品浓度呈正比。抗体和抗✅原之间的竞争性免疫结合确保了3 种农药不会相互干扰，这使✅同时检测3 种农药成为可能。
Apt-LFTs在小分子检测方面表现出良好的应用前景。Mao Minxin等设计了一种纳米探针（图7B），首次构建了Apt-LFTs，发现cDNA长度和序列是该竞争反应㊣的关键，获得了具有ACE适配体结合关键碱基的特异性㊣cDNA序列。当ACE存在时适配体优先与之结合，不能流动至相应位置进行显色，成功应用于番茄和油菜样品中ACE的快速检测，检测限为1.48 nmol/L。然而，基于Apt-LFT的发展仍远远落后，响应时间长等缺点也严重阻碍了Apt-LFT条带在环境和食品中小分子污染物现场检测中的应用。近年来，该课题组为了解决这一问题引入了一种纳米酶，构建了一种显色底物集成和纳米酶扩增的Apt-LFTs分析试条，使显色底物在条带中自动延迟递送而不用其他操作，检测限为0.76 nmol/L，只需要10 min就能看到检测结果。
LFT检测平台具有小型化、检测速率快、易于商业化等优㊣点，可在不同食品基质㊣中成功应用，为农药检测开辟了一条简便、高效、高通量的㊣新途径，但目前的研究较少。
新✅烟碱类农药因其生✅产㊣规模大、使用广泛且对人类有潜在的毒性，引发社会越来越多的关注，农药残留以及污染基质的复杂✅性，迫切需要灵敏、简单、准确的农药残留检测技术。生物传感器技术因其具有简单、快速、可实时监控等特性在新烟碱类农药残留检测中的应用越来越广泛。由于㊣高特异、高灵敏识别元件的引入，以及各种信号转导技✅术，各类生物传感器实现了对复杂样品中农药残留的痕量分析。在过去的几年里，生物传感器的快速发展满足了市场和社会需求。在本文中，首先总结了与各种农药特异性结㊣合的识别原件。然后系统地讨论了目前新烟碱类农药残留高灵敏选择性检测的生物传感器的㊣研究进展，包括电化学传感器、荧光传感器、比色㊣传感器、ECL传感器、基于SERS的适配传感器等。此外，还客观地讨论了每种生物传感器在农药检测的实际应用中的优势、潜在的局限性和当前面临的挑战。最后，对未来的趋势进行了展望。
虽然这些生物传感器在监测农药污㊣染方面有很好的潜力，并取得了一定的成功，但目前仍存在㊣各种有待解决的问题：1）简化样本的前处理㊣步骤，虽然各生物传感器有具有响应快、灵敏度和特㊣异性高等优点，但仍需要一定的前处理步骤，且复杂的食品样基质会影响检测结果的准确性。例如微流控芯片具有集㊣成化、便携性强、响应㊣时间快、成本低、样品平行检测等优点，但检测量较低，对样品预处理要求高。需简化实际样本前处理步骤，节约检测时间和成本；2）通过引入不同的㊣检✅测策㊣略、具有优异识别能力的新型识别单元及信号放大工具，提高对靶标的选择性和敏感性，且同时控制成本。例如修改纳米材料的形状、对多种纳米材料进行掺杂揉合和开发新型纳米材料等，提高✅适㊣配体、抗体、纳米酶、MI✅Ps的✅性能，显著提高选择性和稳定性；3）与其他技术结合起来，缩短检测的时间，促进商品化的转化。虽然基于生物传感器的研发很多，但仍只适用于实验室，难以商业化；4）与微流控等平台结合，实现同时多种农药种类的检㊣测，同时避免多目㊣标、多线、多标签识别元件的交叉反应和相互影响。近年来，关于ACE和IMD两种新烟碱类农药检测的研究越来越多，但对其他几种新烟碱类农药的残留检测及其代谢产物残留关注较少，例如，已有研究表明IMD烯烃对蜜蜂的毒性是原始IMD的2 倍，故需开发同时检测多种新烟碱类农药及其代谢产物的检测策略，对其与其代谢㊣物进行同时监测；5）结合微型化设备和无线网络，通过智能手机等手持设备将响应值转化为可视的数字信号，简化数据处理，快速将检测结果传递到服务器，使现场检测平台可以在实验室外使用。
生物传感器具有独特的优势，在农药检测中发挥了重要作用，然而，与气相色谱/液相色谱-质谱联用方法等标准仍存在一定的差距。相信随着研究的深入，生物传感器未来将会得到进一步的推广，甚至在食品新烟碱类农药残留检测中得到广泛应用。
本文《生物传感器在新烟碱类农药残留检测中的应用研究进展》来源于《食品科学》2024年45卷15期316-328页。作者：李瑶，涂济源，罗可馨，廖唐斌，孙忠月。DOI:10.7506/spkx0922-214。点击下方阅读原文即✅可✅查看文章相关信息。
为深入探讨未来食品在大食✅物观框架下㊣的创新发展机遇✅与挑战，促进产学研用各界的✅交流合作，由北京食品科学㊣研究院、中国肉类食品综合研究中心及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science ㊣and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、西南民族大学药学与食品学院、四川轻化工大学✅生物工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检㊣验医学院、四川省农业科学院✅农产品加工研究所、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究㊣院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物㊣观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。