农产品安全检测中SPR生物传感技术应用探讨

林云燕，黄 海

（广西壮族自治区产品质量检验研究院，广西南宁 530222）

随着时代的发展，农产品安全监管工作日益受到重视和关注，各种新的检测技术在农产品安全监管中得到了很好的应用。自SPR 生物传感技术应用在农产品安全检测方面后[1-2]，其所具备的高灵敏度、操作简单、检测周期短、样本量小、检测成本低等优点使得检测精准度及效能得以大幅提升。

1 SPR 生物传感技术应用概述

SPR 生物传感技术即表面等离子体共振生物传感技术，该技术应用在农产品快速检测方面的设备主要是由棱镜、光源、金膜以及生物分子识别膜等部分构成。实施检测时，入射光以一定的角度入射到棱镜，在棱镜与金属膜之间的界面发生反射及折射，当入射角θ 大于临界角θc的时候，光线就会被全部反射，当入射光与金属膜表面的等离子波（Surface Plasmon Wave，SPW）二者波向量匹配时，光线就会耦合进入金属膜，引起金属膜中自由电子产生共振，即表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，SPR），如图1所示。

图1 SPR 生物传感技术在样品检测中的应用机理

SPR 生物传感器具有高度的敏感性，并且能够自主完成信号检测工作，其具体处理流程为被检测样品表面的生物分子之间会形成相互作用导致表面等离子体共振生物传感器出现折射率的变化，折射率所产生的变化会被传感器的金膜表面捕捉，并且与样品表面所反射的光强度进行对比，内置的光电探测器能够对单个光电信号的变化状况进行持续地监测记录，以此来对被检测样品的浓度进行分析。

2 农产品安全检测中SPR 生物传感技术的应用

2.1 农产品中农药残留的检测

目前农药在农业中的应用非常广泛，可以有效减少病虫害的发生，提高粮食的产量。但长期施用农药，会对土壤、水体等周围的自然生态环境产生无法挽回的污染，而农药残留则会通过农产品对人体健康产生危害[3]。农产品中的农药残留物主要包含有机磷、有机氯、有机氮等。在国家强制性标准《食品安全国家标准 食品中农药最大残留限量》（GB 2763—2021）[4]中严格限定了共计564 种农药的残留量。由于农药残留物的分子量小，易于汽化，热稳定性高，传统的测定方法难以确保准确率，且操作过程也非常复杂烦琐。而SPR 生物传感技术具有灵敏度较高的特点，因此非常适合进行高精度的农药残留物检测。SHIRO[5]等使用表面等离子体共振（SPR）免疫传感器同时检测了6 种农药，即嘧菌酯、啶酰菌胺、虫螨腈、抑霉唑、异恶唑磷和烯啶虫胺。嘧菌酯的工作范围为3.5～19.0 ng·mL-1，啶酰菌胺为4.5～50.0 ng·mL-1，虫螨腈为2.5～25.0 ng·mL-1，抑霉唑为5.5～50.0 ng·mL-1，异恶唑磷为3.5～50.0 ng·mL-1，烯啶虫胺为8.5～110.0 ng·mL-1。番茄样品中的回收率显示嘧菌酯为104%～116%，啶酰菌胺为94%～101%，虫螨腈为90%～112%，抑霉唑为96%～106%，异恶唑磷为107%～119%，烯啶虫胺为104%～109%。与使用蔬菜样品的液相色谱法（HPLC 或LC-MS/MS）的相关系数一致为0.91～0.99，无强偏差。这一SPR免疫传感器具有很高的适用性，可用于蔬菜样品中农药残留物的检测分析。

2.2 农产品中非法添加物的检测

属于β2受体激动剂的克伦特罗和沙丁胺醇俗称“瘦肉精”，在畜牧养殖业中经常被牟取利益的不法分子用作饲料添加剂。当动物体内残留的β2受体激动剂通过食物链进入食用者体内后，会对食用者产生毒副作用而导致中毒现象。包括我国在内的全球多个国家已颁布了多部法律法规明令禁止将β2受体激动剂作为动物饲料添加剂。为加强农产品安全监管，急需在现有的色谱法、常规酶联免疫法基础上建立更加快速、可靠的β2受体激动剂检测方法。SPR 生物传感技术在这一领域的大通量检测中具有重要的应用价值。孙铭雪[6]研发了直接检测牛尿中克伦特罗和沙丁胺醇的SPR 免疫传感器法。经方法学验证，克伦特罗和沙丁胺醇的标准曲线的线性范围均在0.1～6.0 ng·mL-1，最低检测限（LOD）分别为0.05 ng·mL-1和0.01 ng·mL-1。在1～5 ng·mL-1添加浓度范围内，平均回收率分别为82.46%～98.60%和87.82%～91.67%。经采用UPLC-MS/MS 法进行方法比对结果良好。

2.3 农产品中的兽药残留检测

全球不同的国家或组织为应对来自畜牧产品中抗生素耐药菌株残留的这一担忧，纷纷制定了抗生素的最大残留限量的相关标准。目前常用HPLC 和ELISA 法来检测抗生素残留，但其在现场快速检测方面存在局限性。基于SPR 生物传感技术所开发出的局部表面等离子体共振（Localized Surface Plasmon Resonance，LSPR）传感器具有灵敏、无标记、实时等特点，在现场快速检测领域显示出了巨大的潜力。WENQIAN 等[7]开发出一种LSPR 生物传感方法，以聚多巴胺分子印迹聚合物（Polydopamine-Molecularly Imprinted Polymer，PDA-MIP）为识别元件，快速、灵敏和特异地检测恩诺沙星（Enrofloxacin，ENRO）。该检测可在20 min 内快速完成，检测范围为25～1 000 ng·mL-1，检测限为61.1 ng·mL-1。所研制的LSPR/PDA-MIP 传感器具有较高的灵敏度、特异性和稳定性，可用于现场快速检测ENRO 残留。ZHANG[8]等采用聚乙烯吡咯烷酮壳包覆金纳米粒子实现了硫酸新霉素的快速比色检测。所提出的方法在0.01～10.00 µmol·L-1的宽线性范围内对硫酸新霉素的测定显示出优异的性能，相关系数为0.99，检测限为1 nmol·L-1。用三氯乙酸萃取并用热氯仿处理后，罗非鱼样品中的硫酸新霉素得到了满意的回收率。该方法具有灵敏度高、快速、特异性强、成本低、无需复杂的前处理程序等优点。

2.4 农产品中的致病菌检测

沙门氏菌是引发全球许多疾病的主要食源性病原体之一。BHANDARI 等[9]结合磁性纳米颗粒（Magnetic Nanoparticles，MNP）开发出检测生菜中的鼠伤寒沙门菌的SPR 方法。采用3 种不同的方法对SPR 检测效果进行比对后发现连续两步夹心法和预孵育一步夹心法的SPR 信号分别比直接法高7.5倍和14.0 倍。YU 等[10]成功地建立了一种新的、灵敏的沙门氏菌invA基因定量检测方法。研究人员对传感器芯片表面进行修饰，形成三明治结构。在最佳条件下，基于SPR 的DNA 传感器显示出0.2～10.0 nmol·L-1的线性范围和0.200 nmol·L-1的合成目标序列的低检测限。这一生物传感器具有优异的灵敏度和高稳定性，使其成为沙门氏菌筛选的一种有前途的工具。

2.5 农产品中的重金属检测

通过将l-酪氨酸官能化银纳米颗粒（AgNPs）固定在聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底上，AMIRJANI等[11]开发了一种可回收的光学纳米传感器，用于快速测定Pb2+离子。所制造的传感器对于快速测定铅离子显示出了有希望的结果，检测值的极限低至1 nmol·L-1（S/N＝3）。即使在连续运行3 次之后，传感器仍能再现所获得的结果，实际样品中加标浓度的回收率在95%～103%，证明了这一光学检测试剂盒的可回收性。

3 SPR 生物传感技术在农产品安全检测应用方面的前景展望

当前我国社会正处于高质量发展时期，人们的物质生活水平不断提高，对农产品安全也越发关注，对农产品安全检测提出了更高的要求。随着相关技术的快速发展与应用，SPR 生物传感技术所涉及的检测方法、检测设备的种类也越来越多，且检测效率、精确度方面也有了较大的提升，SPR 生物传感技术相较于传统的农产品检测方法有着极大的优势，在未来的农产品安全检测方面必将得到更为广泛的应用和推广。