生物传感器在食品农药残留检验中的应用
- 格式:doc
- 大小:26.50 KB
- 文档页数:4
生物传感器在食品检测中的应用在当今社会,食品安全问题日益受到人们的关注。
为了确保食品的质量和安全,各种检测技术不断发展和创新。
其中,生物传感器作为一种快速、灵敏、特异性强的检测手段,在食品检测领域发挥着越来越重要的作用。
一、生物传感器的基本原理生物传感器是一种将生物识别元件与物理化学换能器相结合的分析装置。
简单来说,它能够将生物反应转化为可测量的电信号或光信号等。
其核心部分包括生物识别元件和换能器。
生物识别元件通常是酶、抗体、核酸、微生物等具有特异性识别能力的生物分子。
这些分子能够与被检测的目标物质发生特异性结合或反应。
例如,酶可以催化特定的化学反应,抗体能够与对应的抗原特异性结合。
换能器则负责将生物识别元件与目标物质反应产生的信号转换为电信号、光信号或其他可检测的物理信号。
常见的换能器有电化学换能器、光学换能器和压电晶体换能器等。
二、生物传感器在食品检测中的优势与传统的食品检测方法相比,生物传感器具有许多显著的优势。
首先,生物传感器具有高度的特异性。
由于其利用生物分子的特异性识别作用,能够准确地检测出目标物质,避免了其他物质的干扰,从而大大提高了检测的准确性。
其次,生物传感器检测速度快。
通常在几分钟甚至几秒钟内就能得出检测结果,这对于食品生产和流通环节中的快速检测需求非常重要,可以及时发现问题并采取相应的措施。
再者,生物传感器具有较高的灵敏度。
能够检测到极低浓度的目标物质,这对于保障食品安全至关重要,即使是微量的有害物质也能被检测出来。
此外,生物传感器操作简便,对操作人员的专业要求相对较低,易于实现现场检测和在线监测。
三、生物传感器在食品检测中的具体应用1、农药残留检测农产品在种植过程中可能会使用农药来防治病虫害,但农药残留超标会对人体健康造成危害。
生物传感器可以快速、准确地检测出蔬菜、水果等农产品中的农药残留,如有机磷农药、氨基甲酸酯类农药等。
2、兽药残留检测在畜禽养殖中,为了预防和治疗疾病,可能会使用兽药。
传感器技术在食品安全检测中的应用民以食为天,食以安为先。
食品安全一直是社会关注的焦点问题,直接关系到人们的身体健康和生命安全。
随着科技的不断发展,传感器技术在食品安全检测领域发挥着越来越重要的作用。
传感器作为一种能够感知和响应环境变化的装置,可以快速、准确地检测食品中的各种成分和污染物,为保障食品安全提供了有力的技术支持。
一、传感器技术的分类目前,应用于食品安全检测的传感器技术主要包括生物传感器、化学传感器和物理传感器三大类。
生物传感器是利用生物活性物质(如酶、抗体、核酸等)作为识别元件,与待测物质发生特异性反应,通过换能器将反应信号转化为可测量的电信号或光信号。
例如,酶传感器可以检测食品中的农药残留、兽药残留等;免疫传感器则能够对食品中的细菌、病毒等病原体进行检测。
化学传感器主要是基于化学物质之间的相互作用来检测目标分析物。
常见的有电化学传感器、光学化学传感器等。
电化学传感器通过测量电极表面的电流、电位或电导变化来确定物质的浓度;光学化学传感器则利用物质对光的吸收、发射或折射特性进行检测。
物理传感器则是通过测量物理量(如温度、压力、湿度等)的变化来间接反映食品的质量和安全状况。
例如,近红外光谱传感器可以快速检测食品中的水分、蛋白质、脂肪等含量。
二、传感器技术在食品安全检测中的具体应用(一)农药残留检测农药的广泛使用虽然提高了农作物的产量,但也带来了潜在的食品安全风险。
传统的农药残留检测方法通常需要复杂的样品前处理和昂贵的仪器设备,费时费力。
而传感器技术的应用则大大提高了检测效率和准确性。
例如,基于乙酰胆碱酯酶的生物传感器可以快速检测有机磷和氨基甲酸酯类农药残留,其检测限低,操作简便,适用于现场快速检测。
(二)兽药残留检测在畜牧业中,为了预防和治疗动物疾病,常常会使用兽药。
然而,兽药残留超标会对人体健康造成危害。
免疫传感器在兽药残留检测方面表现出色,能够特异性地检测出肉类、蛋类和奶制品中的抗生素、激素等兽药残留。
传感器技术在食品安全监测中的应用研究在当今社会,食品安全问题备受关注。
从农田到餐桌,食品要经历多个环节,任何一个环节出现问题都可能影响食品的质量和安全。
为了保障公众的健康,确保食品的安全性,各种先进的技术被应用于食品安全监测领域,其中传感器技术发挥着日益重要的作用。
传感器技术是一种能够感知和检测物理、化学或生物量,并将其转化为可测量和可处理信号的技术。
在食品安全监测中,传感器技术凭借其快速、灵敏、准确等特点,成为了保障食品安全的有力手段。
首先,化学传感器在食品安全监测中有着广泛的应用。
例如,用于检测食品中的农药残留。
农药的不当使用可能导致农产品中的农药残留超标,对人体健康造成潜在威胁。
通过化学传感器,可以快速检测出食品中农药的种类和含量。
这类传感器通常基于特定的化学反应或物质相互作用,能够对目标化合物产生特异性的响应。
再比如,检测食品中的重金属含量。
重金属如铅、汞、镉等一旦进入人体,会在体内积累,对神经系统、肾脏等造成损害。
化学传感器能够准确检测出食品中这些重金属的存在及含量,为食品安全把关。
生物传感器也是食品安全监测中的重要工具。
以检测食品中的致病菌为例,常见的致病菌如沙门氏菌、大肠杆菌等,如果食品被这些病菌污染,可能引发食物中毒等严重后果。
生物传感器利用生物识别元件(如抗体、酶、核酸等)与致病菌特异性结合的特性,实现对致病菌的快速检测。
此外,生物传感器还可用于检测食品中的抗生素残留。
在养殖过程中,为了预防和治疗动物疾病,可能会使用抗生素。
但如果抗生素残留超标,会影响人体的肠道菌群平衡,甚至导致耐药性的产生。
通过生物传感器,能够及时发现食品中抗生素残留是否超标,保障消费者的健康。
物理传感器在食品安全监测中同样不可或缺。
比如在食品包装过程中,通过压力传感器可以监测包装的密封性,确保食品在储存和运输过程中不受外界污染。
温度传感器则可以用于监控食品的储存和运输温度。
对于一些需要特定温度条件保存的食品,如冷链食品,温度的控制至关重要。
生物传感器技术在食品安全检测中的应用一、引言随着人口的增加和食品供应链的全球化,食品安全问题日益突出。
食品中的污染物质对人们的健康构成潜在威胁,因此,食品安全检测成为重要的关注领域。
近年来,生物传感器技术因其高灵敏度、快速检测和便携性等优势,在食品安全检测中得到广泛应用。
二、生物传感器技术概述生物传感器技术是一种将生物元素(如酶、抗体、细胞等)与传感器器件相结合的技术。
传感器通过检测生物元素与目标分析物之间的相互作用,实现对分析物的定量或定性检测。
生物传感器技术在食品安全检测中的应用主要包括基于酶的生物传感器、免疫传感器和细胞传感器三个方面。
三、基于酶的生物传感器在食品安全检测中的应用1. 果蔬中农药残留的检测基于酶的生物传感器可以通过检测农药残留的酶活性来确定果蔬中的农药残留水平。
传感器利用酶与农药的特异性相互作用,将酶活性的改变转化为电化学信号进行检测。
这种方法不仅具有高灵敏度和快速响应的特点,还避免了传统方法中繁琐的前处理步骤。
2. 食品中的抗生素残留检测基于酶的生物传感器也可以用于食品中抗生素残留的检测。
传感器通过酶与抗生素的特异性相互作用,测量酶活性的变化来确定抗生素的存在。
这种方法具有灵敏度高、快速检测和样品处理简单等优点,可以在实验室和现场进行抗生素残留的监测。
四、免疫传感器在食品安全检测中的应用1. 食品中的重金属检测免疫传感器利用抗体与免疫原之间的特异性结合作用来检测食品中的重金属污染物。
通过抗体与重金属离子的特异性结合,免疫传感器可以实现对食品中重金属离子的高灵敏度检测。
2. 食品中的致病菌检测免疫传感器还可以用于食品中致病菌的快速检测。
利用特异性抗体与致病菌的抗原结合,免疫传感器可以实现对食品中致病菌的快速、灵敏的检测。
这种方法不仅可以减少检测时间,而且对样品的要求较低,有助于及时发现食品中的致病菌污染。
五、细胞传感器在食品安全检测中的应用细胞传感器利用细胞对环境变化的敏感性作为感知元件,实现对食品中污染物的检测。
生物传感器的工作原理及其在食品安全检测中的应用生物传感器是一种利用生物分子和生物元件与传感器检测器件相结合的技术,可以实现对生物特征的敏感检测和分析。
生物传感器的工作原理是基于生物分子与传感器的特定相互作用,通过转换这一相互作用为可测量的电信号来实现对目标物质的检测。
一、生物传感器的工作原理生物传感器的工作原理涉及三个基本组成部分:生物分子、转换元件和检测器件。
生物分子是传感器的识别元件,可以是抗体、酶、核酸等生物分子;转换元件起到信号转换的作用,将生物分子与电信号相互连接;检测器件用于接收和测量信号。
生物传感器的工作过程是:首先,生物分子与目标物质特异性结合,形成配体-受体复合物;然后,配体-受体复合物与转换元件相互作用,导致信号转换;最后,转换后的信号通过检测器件得以测量和分析。
二、生物传感器在食品安全检测中的应用1. 快速检测食品污染物生物传感器可以用于快速检测食品中的污染物,如农药残留、重金属离子等。
通过选择合适的生物分子作为识别元件,生物传感器可以实现对目标污染物的高灵敏度、高选择性的检测。
2. 检测食品中的微生物生物传感器可以应用于食品中微生物的检测,如细菌、病毒等。
利用生物分子与微生物的特异性结合,生物传感器可以实现对食品中微生物的快速、准确的检测和定量分析。
3. 追溯食品的来源和品质生物传感器可以用于追溯食品的来源和品质,如鉴别地理标志食品的真伪,检测食品中的成分和添加剂。
通过选择具有特异性的生物分子作为识别元件,生物传感器可以实现对食品的可溯源性和品质的评估。
4. 监测食品加工过程中的参数生物传感器可以监测食品加工过程中的参数,如温度、pH值、氧气浓度等。
通过将合适的生物分子与转换元件结合,生物传感器可以实现对食品加工过程中参数的实时监测和控制。
5. 实时监测食品储存和运输条件生物传感器可以实时监测食品储存和运输条件,如温度、湿度等。
通过将特定的生物分子与转换元件结合,生物传感器可以实现对食品储存和运输环境的实时监测,并及时提醒食品安全管理者采取相应的措施。
生物传感技术在农产品质量检测中的应用随着人们对食品安全和质量的日益关注,农产品质量检测变得越来越重要。
而生物传感技术作为一种新兴的检测手段,正在被广泛应用于农产品的质量和安全监测中。
本文将介绍生物传感技术在农产品质量检测中的应用,包括基本原理、具体应用、优势和挑战等方面。
一、生物传感技术基本原理生物传感技术是利用生物元素,如细胞、生物分子或生物材料,通过感知、传递和转换信号的方式,实现对目标物质的检测和分析。
其基本原理包括生物识别、生物传递和生物转换三个步骤。
首先,生物元素通过特异性识别目标物质,如通过酶活性、抗体疾病、DNA、RNA等与目标物质结合。
然后,目标物质与生物元素之间的相互作用被传递到传感器,通过转换成可测量的信号,如电化学信号、光学信号或压力信号。
最后,利用传感器对信号进行测量和分析,从而实现对目标物质的定量检测。
二、生物传感技术在农产品质量检测中的应用1. 农药残留检测农药残留是影响农产品质量和安全的重要因素之一。
传统的农药残留检测方法耗时耗力,而生物传感技术能够通过对农药与生物元素间的相互作用进行检测,实现快速、高效的农药残留检测。
例如,利用酶活性与农药残留物间的反应,可以开发出高灵敏度、高特异性的生物传感器,实现对农产品中农药残留量的准确检测。
2. 食品添加剂检测食品添加剂对农产品的质量和安全也有重要影响。
传统的食品添加剂检测方法繁琐且不易快速得到结果。
利用生物元素的高度选择性,生物传感技术可以有效地检测并定量分析食品添加剂的存在。
例如,利用酶活性与添加剂之间的相互作用实现对食品中添加剂的检测,具有高灵敏度和准确性。
3. 农产品污染检测农产品的污染问题是影响质量和安全的重要因素之一。
传统的污染检测方法通常需要复杂的仪器设备和昂贵的试剂,而生物传感技术可以通过使用生物元素作为传感器,实现对多种农产品污染物的快速检测。
例如,利用生物元素对污染物的高度选择性和敏感性,可以开发出高通量的生物传感器,可同时检测多种农产品污染物。
生物传感器技术在食品质量检测中的应用随着科技的发展,生物传感技术在食品质量检测领域得到了广泛应用。
生物传感器是一种能够将生物体内的生化检测转换为电信号或光信号的装置,其具有高灵敏度、高选择性和高速度等优点。
本文将从生物传感器技术在食品质量检测中的原理、优势以及实际应用等方面进行详细阐述。
一、生物传感器技术的原理和分类生物传感器技术主要基于生物分子(如蛋白质、核酸等)与非生物物质(如金属、半导体等)之间相互作用的原理,采用灵敏度高的生物感受器件,利用物理、化学、光学等技术实现快速、准确、可靠的检测分析。
根据传感元件的选择,可将生物传感器分为免疫传感器、酶传感器、细胞传感器、DNA传感器等多种类型。
其中,免疫传感器是以免疫反应为基础的传感器技术,主要用于检测生物活性物质的含量和活性。
免疫传感器其灵敏度高、特异性强,能够完成对特定生物分子的快速、可靠、定量检测,广泛应用于医学、农业、环境和工业等领域。
而酶传感器则是利用将底物转化为可检测产物的酶活性实现检测的传感器。
其优点在于实现了对不易检测或缺乏灵敏检测方法的生物活性物质的快速检测。
此外,细胞传感器主要是利用细胞的代谢反应或生存状态对环境中某些成分发生响应实现检测,而DNA传感器则主要以DNA分子为传感元件,以DNA序列的特异性识别实现对基因别序列的快速检测等。
二、生物传感器技术在食品质量检测领域的优势食品一直是人们生活中不可或缺的重要组成部分。
然而,食品中存在各种可能对人体健康产生潜在隐患的污染物,如化学农药、重金属、细菌、真菌等。
因此,食品质量检测成为了现代食品生产不可或缺的环节。
生物传感器技术在食品质量检测中具有以下优势:1. 高灵敏度和高选择性:生物传感器能够快速、准确的检测分析食品中存在的污染物,具有高灵敏度和高选择性,检测结果准确可靠。
2. 低成本和易操作:生物传感器采用简单便捷的操作方式,传感器制备和检测成本相对较低,且操作流程简单。
3. 快速检测:传统的实验室检测方法需要大量时间和检测人员,而生物传感器技术则能够在数分钟内完成检测,大大方便了食品生产过程中的质量监测。
生物传感器在食品安全检测中的应用食品安全一直是人们关注的焦点,因为食品安全问题直接关系到人们的健康和生活质量。
随着科技的不断进步,生物传感器作为一种新兴的检测技术,正在被广泛应用于食品安全检测领域。
本文将探讨生物传感器在食品安全检测中的应用,并分析其优势和局限性。
一、生物传感器的概念和原理生物传感器是一种利用生物材料(如酶、细胞、抗体等)作为生物识别元件,与传感器的物理或化学传感器元件相结合,实现对特定物质的检测和分析的装置。
其工作原理是通过生物识别元件与目标物质发生特异性反应,产生可测量的信号,从而实现对目标物质的检测和定量分析。
二、1. 快速检测食品中的有害物质生物传感器可以用于快速检测食品中的有害物质,如重金属、农药残留、食品添加剂等。
传统的检测方法通常需要复杂的实验操作和长时间的分析过程,而生物传感器可以通过简单的操作和快速的反应,快速准确地检测出食品中的有害物质。
2. 检测食品中的微生物污染食品中的微生物污染是导致食品安全问题的主要原因之一。
利用生物传感器可以快速检测食品中的细菌、霉菌等微生物,提前发现食品中的污染问题,从而保障食品的安全性。
3. 监测食品中的营养成分食品中的营养成分对人体健康起着重要作用。
生物传感器可以用于监测食品中的营养成分含量,如维生素、蛋白质、脂肪等,帮助人们了解食品的营养价值,选择更加健康的食品。
三、生物传感器在食品安全检测中的优势1. 灵敏度高生物传感器可以通过与生物识别元件的特异性反应,实现对目标物质的高灵敏度检测。
相比传统的检测方法,生物传感器可以在更低的浓度下检测到目标物质,提高了检测的准确性和可靠性。
2. 快速便捷生物传感器具有快速便捷的特点,可以在短时间内完成检测过程。
传统的检测方法通常需要复杂的样品处理和分析过程,而生物传感器可以通过简单的操作和快速的反应,大大缩短了检测时间。
3. 可实时监测生物传感器可以实时监测食品中的有害物质和微生物污染,及时发现问题并采取相应的措施。
生物传感器在环境监测与食品安全检测中的应用近年来,随着科学技术的快速发展,生物传感器作为一种新型的检测技术,在环境监测与食品安全检测中得到广泛应用。
生物传感器利用生物体内的生物分子与外部目标物质之间的相互作用,通过转换器将其转化为可测量的电信号,实现对目标物质的灵敏、快速和准确检测。
本文将介绍生物传感器在环境监测与食品安全检测中的应用,并展望其未来的发展前景。
一、生物传感器在环境监测中的应用1. 水质监测:生物传感器可用于检测水源中的有害物质,如重金属离子、有机污染物和微生物等。
通过将特定的生物分子固定在传感器表面,当目标物质与生物分子发生特异性相互作用时,传感器就会产生电信号。
这一技术不仅能够实时监测水质,还能够提供快速、准确的分析结果,有助于防止水源污染和保护饮用水安全。
2. 大气污染监测:生物传感器在大气污染监测中也发挥着重要作用。
通过利用植物叶片或微生物等生物体对空气中污染物的吸附和反应特性,结合传感器的测量技术,可以实现对大气中有害气体的快速检测和监测。
这对于防止大气环境污染和保护人体健康具有重要意义。
3. 土壤污染监测:生物传感器可以检测土壤中的污染物,并及时提供准确的测量结果。
利用生物体对目标物质的选择性吸附和反应特征,结合传感器的测量技术,可以对土壤中的有害物质进行定量检测和监测。
这对于农田管理、土壤污染修复和环境保护具有重要意义。
二、生物传感器在食品安全检测中的应用1. 农药残留检测:生物传感器可用于快速检测食品中的农药残留。
通过将特定的抗体固定在传感器表面,当抗体与目标农药分子发生特异性相互作用时,传感器就会产生电信号。
这种检测方法具有高灵敏度、高选择性和快速响应的优势,并能够提供即时的检测结果,有助于保证食品的安全性。
2. 基因改造食品检测:生物传感器还可用于检测食品中的基因改造成分。
通过将特定的DNA序列固定在传感器表面,当目标DNA序列与传感器表面的DNA序列发生特异性杂交反应时,传感器就会产生电信号。
生物传感器在食品安全检测中的应用食品安全一直备受社会关注,而传统的食品安全检测方法存在着效率低、成本高、操作复杂等问题。
然而,随着科技的不断进步,生物传感器在食品安全检测领域的应用得到了越来越多的关注和重视。
本文将就生物传感器在食品安全检测中的应用进行探讨。
一、生物传感器的基本原理生物传感器是一种基于生物的特异性识别原理,将生物组分与传感器技术相结合的新型检测手段。
其基本原理是通过生物分子与食品样品中的目标分子之间的相互作用,实现信号的转化和扩大,从而达到对食品成分、质量和安全性进行快速、灵敏、准确检测的目的。
二、生物传感器在食品质量检测中的应用1. 快速检测食品中的微生物污染在传统的食品微生物检测中,需要经过培养、分离等步骤,耗时且容易引起误判。
而利用生物传感器进行微生物检测可以实现快速、准确的结果,大大提高了食品安全检测的效率。
2. 检测食品中的重金属和农药残留重金属和农药残留是目前食品质量安全的重要问题之一,传统的检测方法繁琐且时间长。
而生物传感器可以通过与目标分子的特异性结合来检测食品中的重金属和农药残留,具有快速、灵敏、准确的优势。
3. 检测食品中的污染物除了微生物、重金属和农药残留外,食品污染物的检测也是食品安全的重要内容。
生物传感器可以通过与污染物的结合反应,实现对食品中污染物含量的快速检测,提供及时有效的检测手段。
4. 检测食品中的添加剂食品中的添加剂是保证食品质量和口感的重要因素,但过量或不合格的添加剂会对人体健康造成风险。
利用生物传感器可以快速、准确地检测出食品中的添加剂含量,为食品质量控制提供有力支持。
三、生物传感器在食品安全检测中的优势与挑战1. 优势生物传感器具有快速、准确、灵敏、便携等特点,能够满足食品安全检测的要求。
此外,生物传感器还能够同时检测多种目标物质,提高检测效率,节省成本。
2. 挑战生物传感器在食品安全检测中面临的挑战包括生物元件的选择和稳定性、灵敏度和特异性的提高、样品复杂性对检测结果的影响等问题。
生物传感器在食品农药残留检验中的应用行业:电子元器件信息来源:上海农业网发布时间:2011-01-21转发我国是农业大国,为保证农业的丰产丰收,农药的使用必不可少。
我国常用的农药以杀虫剂最为广泛,毒性也较其它农药大。
常用的杀虫剂主要有:有机氯杀虫剂、有机磷杀虫剂、氨基甲酸酯类杀虫剂、拟除虫菊酯类杀虫剂等。
但是在保证农业增产的同时,农药的使用也会造成一定的农药残留污染。
农药残留是指农药使用后残存在生物体、食品和环境中农药原体、有毒代谢物、降解物和杂质的总称。
农药残留具有一定的毒陛,会直接或间接对人们的健康产生危害。
随着经济的发展和人们生活水平的提高,人们对食品的卫生安全有了更高要求。
农药残留污染问题也成为关系食品安全的重要问题之一,农药残留的快速检测更引起了广泛的关注。
目前,常用的农药残留检测手段有气相色谱(GC)、薄层色谱(TLC)、高效液相色谱(HPLC)等。
但这些方法大多需要对被分析样品进行前处理,且操作复杂,不能满足现场快速检测样品的要求。
生物传感器广泛渗透生物、化学、物理、信息等各学科领域,具有高选择性、高准确性,且分析快捷,操作简单,是一种先进的检测和监控方法,早在20世纪50年代便应用于检测农药残留。
目前,在食品工业、发酵工艺、环境监测、医学诊断等领域得到广泛应用。
1生物传感器1.1生物传感器的组成与工作原理生物传感器是指使用固定化的生物分子结合换能器,用以检测生体内或生体外的环境化学物质或与之其特异性交互作用后产生响应的一种装置。
生物传感器主要有两部分组成:特异性生物分子和换能器。
传感器上固定化的生物分子具有特异选择性,可以侦测生物体内外环境中特异的化学物质,且与之相互作用后会产生响应的变化信号;换能器则可将生物化学和电化学反应产生的生化反应信号转化为电信号,经过对电信号的放大及模数转换,从而测量被测物及其浓度。
传感器的选择性决定特异性生物分子的识别能力,传感器的灵敏度则依赖于换能器对于反应信号的放大能力。
1.2生物传感器的分类可以根据敏感元件与被测物的相互作用的类型,将生物传感器分为亲和性传感器和代谢性传感器两种;根据使用的换能器不同,生物传感器又可分为生物电极传感器、半导体传感器、热敏生物传感器、光学生物传感器、声波生物传感器、场效应管生物传感器等…。
一般根据使用敏感元件也即识别元件不同,可将生物传感器大概分为:酶传感器、免疫传感器以及组织/微生物传感器等。
1.2.1酶传感器酶传感器又称为酶电极,一般由固定化酶膜和电极组成。
固定化酶膜上的酶可以特异性的识别被测物,催化发生相应的反应变化,从而引发电信号。
由于酶对底物具有高度的专一性,酶电极检测的物质因膜上的酶不同而不同,构成的传感器也就不同。
但唯一不足的是,酶的价格较高,稳定性也稍差。
1.2.2免疫传感器免疫传感器由抗体或抗原和换能器组成,主要用于抗原或抗体的检测。
抗原抗体结合时,可引起本身携带的电荷或基团发生变化,从而引发可被换能器检测到的变化信号,达到检测被测物的目的。
1.2.3组织/微生物传感器动植物组织中的酶活性及稳定性皆比分离出来的酶高,且材料易得,制备简单。
若直接将动植物的组织薄皮作为感应器制备生物传感器则成为组织传感器。
若将活的微生物直接固定在电极表面制成传感器,即成为微生物传感器。
微生物以细菌和酵母菌较为常用。
同时,此类传感器还可利用微生物的生命活动(如呼吸作用)检测一些代谢物的浓度。
缺点是稳定性和选择性还有待提高。
1.2.4纳米生物传感器固定有能选择性结合靶分子的生物探针的纳米传感器称为纳米生物传感器。
纳米技术是在纳米尺度上研究物质的结构和性质,并利用具有纳米尺寸的单个原子、分子制造物质的科学技术。
纳米尺度的生物材料具有独特的化学物理性质,如表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应等。
将纳米材料应用于生物传感器,可在很大程度上提高生物传感器灵敏度和准确性,使检测更加高效。
将铂纳米颗粒引入到葡萄糖氧化酶电极中,可以改善酶电极的性能,使电极的电流响应值提高了两个数量级。
纳米技术大多以纳米颗粒、纳米器件、纳米结构的形式参与生物传感器的生物标记、信号放大、酶固定以及消除干扰等技术中。
目前,关于纳米传感器的研究报道中,以纳米酶传感器的报道较多。
1.3生物传感器的优点生物传感器集现代生物技术与电子技术于一体,和传统方法比较,有以下优势:检测样品用量少且无需前处理,测定时也无需添加其它试剂,且可同时完成样品中被测组份的分离和检测;响应陕,可反复多次使用,并可实现连续在线监测;仪器成本低,便于推广普及。
2生物传感器检测农药残留的应用目前国内报道较多的用于检测农残的生物传感器以酶传感器和免疫传感器较多。
2.1酶传感器2.1.1基于酶抑制原理的生物传感器这种生物传感器主要是基于对胆碱酯酶的抑制作用,检测果蔬中有机磷类和氨基甲酸酯类农药,但抑制多为不可逆抑制;再生困难。
目前,研究报道较多的是乙酰胆碱酯类。
乙酰胆碱酯酶广泛存在于动物的组织和血液、昆虫组织和植物中。
其主要功能是可快速将乙酰胆碱水解为胆碱和乙酸,保证胆碱能的有效传递。
有机磷类及氨基甲酸酯类农药可专一性的与乙酰胆碱酯酶结合,抑制该酶的活性,从而阻止乙酰胆碱的水解。
当酶被抑制,氧化电流的大小能准确反应酶被抑制的程度,从而检测出农药残留的浓度。
早在20世纪50年代乙酰胆碱酯酶就已用于检测农药残留。
张贤珍等用固定化乙酰胆碱酯酶作识别元件制备的生物传感器检测敌百虫,敌百虫是一种有机磷类杀虫剂。
经过研究发现,传感器的频率变化值与敌百虫的浓度呈线性相关,敌百虫的检出限可降至2 nglml,且检测时间较色谱法少。
赵鹏林等以固定化丁酰胆碱酯酶BChE (EC 3.1.1.8)为识别元件,以分光光度计为换能器,构建的流动注射型BChE酶生物传感器,在以柠檬酸盐缓冲液为载液的条件下,在西维因的质量浓度范围为0.2~50ug/ml范围内具有良好线性关系。
张淑平等以孔径0.45 grn的硝酸纤维膜为固定化载体,制备的乙酰胆碱酯酶传感器与国家标准法分别检测喷洒了相同量农药的果蔬样品中的农药残留,喷洒10.0mg/L的氨基甲酸酯类农药甲萘威和10.0 mg/L的有机磷农药甲胺磷。
生物传感器法检测的结果分别是6.56mg,L和7.27mg/L,较GC法稍低,但检测时间仅需30min,较GC 法的120min明显更具应用前景。
魏福祥等利用乙酰胆碱酯酶生物传感器技术,以苹果、黄瓜为样品,采用标准加入法进行分析,测定蔬菜水果中有机磷农药残留。
该方法对马拉硫磷和甲基对硫磷的检出限分别为4.80×10-11、2.93×10-10mol/L。
基于酶抑制原理的酶传感可以采用同时固定两种酶的方法,使传感器对多种农药同时具有检测能力。
2.1.2基于酶水解原理的生物传感器生物传感器上常用的水解酶有:有机磷酸水解酶(0PH)、酸性磷酸水解酶(0PAA)和对硫磷酸水解酶(PH)。
报道较多的是有机磷水解酶。
有机磷酸水解酶(0PH)可以水解有机磷农药,产生质子、乙醇等产物。
这些产物会向相关装置提供可以检测的信号,换能器再将这些信号转换成可定量分析的光或者电信号,从而检测有机磷农药的浓度。
目前,国内关于该类传感器的报道较少,国外较多。
Walker等人开发了一种可用于检测中甲基对硫磷的浓度的聚合胶体晶体水凝胶光学传感器。
有机磷水解酶(OPH)与甲基对硫磷发生反应后,可产生一定的质子从而引发水凝胶晶格和稳定性的变化。
该传感器就是通过检测这种变化从而测得甲基对硫磷的浓度。
该传感器甲基对硫磷的检测下限可降低至0.2umol/L。
Zourob等人利用pH敏感聚合物和有机磷酶构造了一个可以检测水凝胶中有机磷杀虫剂的磁电传感器。
通过检测有机磷水解酶催化有机磷农药水解引起的pH变化测得农药残留的浓度。
该传感器可成功的将对氧磷和对硫磷的检测下限降低到1×10-7和8.5×10-7mol/L。
2.2免疫传感器免疫传感器操作方便,效应快,具有较好的灵敏度和特异性。
主要是利用农药与特异性抗体结合反应,检测食品果蔬中的杀虫剂、除草剂等农药残留。
杨明艳等人基于自组装DDT抗体固定化技术和双通道声表面波检测技术构造了DDT免疫生传感器。
通过试验表明,在静态注射的测试方法下,该传感器具有高度的灵敏性和高重复性,在6×10-9ug/L~29×10-9ug/L检测范围内,传感器输出频率的变化与DDT的浓度成较好的线性关系,其对于DDT的检测下限可降551.57×10-9ug/L,,响应时间为40min。
Michele等人利用除草剂阿特拉津的衍生蛋白,基于反射吸收红外线光谱分析法构造了一个可检测阿特拉津浓度的免疫传感器。
该传感器通过抗阿特拉津抗体与传感器上抗原结合引起的变化间接引发红外信号发生变化,从而检测阿特拉津的含量。
通过试验证实,由该传感器检测到的阿特拉津量与相同条件下由酶联免疫吸附试验测得的结果完全相同。
Long等人构造的消散波全光纤免疫传感器,可以快速检测除草剂2,4一二氯苯氧乙酸(2,4-D)的浓度,最低可将2,4-D的检测线降550.07ug/L。
该传感器可重复使用100个检测周期,且携带方便,为免疫传感器实现现场快速检测农残成为可能。
3展望与国外相比,我国的生物传感器研究较为落后,且主要集中于个别种类的传感器,如酶传感器、免疫传感器等。
同时,生物传感器在实验室条件下状态良好,但若想在工业生产中也得以广泛使用,其稳定性、精确性和可重复性是最大问题,仍有待进一步改善。
生物传感器与纳米技术、计算机的结合,为传感器的进一步完善做好了铺垫。
生物传感器将趋于微型化、多功能化、智能化,更便于人们的携带和使用,短期内将与传统的检测方法同时存在。
随着性能的日渐成熟,生物传感器在快速检测食品农残技术的研制开发中,极具发展潜力,拥有广阔的前景。