黃 昭，曹亞男，李 跑，趙 振，劉 霞*

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，食品科學(xué)與生物技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410128）

隨著人們對(duì)食品由需求型向質(zhì)量型轉(zhuǎn)變，食品安全問題已成為全世界關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。食品安全問題主要包括農(nóng)獸藥殘留超標(biāo)、重金屬超標(biāo)、生物毒素、微生物性危害和食品摻假等安全性問題。近年來食品安全問題頻發(fā)，這不僅威脅到人類的健康和生命財(cái)產(chǎn)安全，同時(shí)還制約著整個(gè)國(guó)家的進(jìn)出口貿(mào)易及經(jīng)濟(jì)發(fā)展。實(shí)施有效的食品安全監(jiān)管是保障食品安全的重要手段，而有效的食品安全監(jiān)管離不開相應(yīng)的食品安全監(jiān)測(cè)技術(shù)[1]，國(guó)內(nèi)食品安全監(jiān)管部門也將監(jiān)管模式由部門監(jiān)督逐步向技術(shù)監(jiān)管轉(zhuǎn)變[2]。因此，發(fā)展快速、高靈敏食品安全檢測(cè)方法顯得尤其重要。

目前常用的食品安全檢測(cè)技術(shù)主要有色譜分析法[3]、免疫分析法[4]、熒光分析法[5]和傳感器技術(shù)[6]。色譜法是目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的常規(guī)檢測(cè)技術(shù)之一，與質(zhì)譜技術(shù)的聯(lián)用是我國(guó)大部分食品安全監(jiān)測(cè)的重要手段[7]，但是該分析方法操作相對(duì)繁瑣、處理時(shí)間長(zhǎng)、儀器設(shè)備昂貴、維護(hù)成本高，需要操作熟練的技術(shù)人員。免疫分析法是以抗原與抗體的特異性、可逆性結(jié)合反應(yīng)為基礎(chǔ)的分析方法，最常見的就是酶聯(lián)免疫吸附測(cè)試法（enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA），是目前一類重要的快速篩選方法，適用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，但靈敏度有待提高。熒光分析法是使用熒光物質(zhì)或潛熒光物質(zhì)作為標(biāo)記物的分析方法，由于背景干擾較大等原因，靈敏度不高，適合做定性分析，而在定量分析方面難以實(shí)現(xiàn)較高精密度[8]。目前快速發(fā)展的傳感器是一種能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出的檢測(cè)裝置。它具有簡(jiǎn)單快速、靈敏和易操作等特點(diǎn)。傳感器通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。依據(jù)敏感元件的不同可分為三大類：第一類是基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)的物理傳感器；第二類是基于化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)傳感器；第三類是基于酶、抗體等分子識(shí)別功能的生物傳感器。研究者借助傳感器可以直接獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，這使得它在科學(xué)研究中具有非常重要的地位。隨著化學(xué)、生物、計(jì)算機(jī)等學(xué)科的快速發(fā)展，目前開發(fā)的傳感器與納米材料、生物材料等相結(jié)合，在食品安全檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮了越來越重要的作用。

食品基質(zhì)復(fù)雜且大部分有害殘留物殘留濃度低，現(xiàn)有的食品安全檢測(cè)技術(shù)很難滿足既快速又靈敏的檢測(cè)要求，故急需發(fā)展更快、更敏感的檢測(cè)方法，以保證食品安全。傳感器技術(shù)是目前研究較多的食品安全快速檢測(cè)方法。其中表面等離子體共振（surface plasmon resonance，SPR）傳感器因靈敏度高、檢測(cè)速度快、檢測(cè)限低、可連續(xù)監(jiān)測(cè)、所需試劑量少等優(yōu)點(diǎn)在食品安全檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)展迅速[9-11]。SPR傳感器技術(shù)于20世紀(jì)80年代由瑞典科學(xué)家Liedberg等首次運(yùn)用于免疫球蛋白G抗體與其抗原相互反應(yīng)的測(cè)定，隨后該技術(shù)被引入生物傳感器領(lǐng)域并迅速滲透到其中，在20世紀(jì)90年代開始陸續(xù)出現(xiàn)了較為成熟的SPR技術(shù)測(cè)量的商業(yè)化產(chǎn)品[12]，此后SPR傳感器的研究進(jìn)入飛速發(fā)展的階段[13-14]。SPR傳感器相對(duì)于傳統(tǒng)的檢測(cè)手段更加快速靈敏，不僅能通過檢測(cè)獲得被分析物的濃度、親和力、動(dòng)力學(xué)常數(shù)和特異性等信息，還能對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在食品安全檢測(cè)領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注。

1 SPR傳感器的基本原理

SPR是一種光學(xué)物理現(xiàn)象，一束P偏振光在一定的角度范圍內(nèi)（入射角大于臨界角）入射到棱鏡端面，在棱鏡與金屬膜表面發(fā)生全反射現(xiàn)象，會(huì)形成消逝波進(jìn)入到光疏介質(zhì)中，并引發(fā)金屬薄膜中的自由電子形成表面等離子體（surface plasmon，SP）。SP的集體振蕩能夠產(chǎn)生一種沿著界面?zhèn)鞑サ臋M向電磁波，即表面等離子波（surface plasmon wave，SPW）。當(dāng)消逝波的波矢量與SPW的波矢量相等時(shí)，引起金屬膜內(nèi)自由電子產(chǎn)生共振，即SPR。當(dāng)發(fā)生SPR時(shí)，檢測(cè)到的反射光強(qiáng)會(huì)大幅度減弱。此時(shí)，光子轉(zhuǎn)移到表面等離子，入射光的大部分能量被表面等離子波吸收，使反射光的能量急劇減少，其中反射光完全消失的角就是SPR角。SPR角隨金屬薄膜表面折射率的改變而改變，任何附著在金屬薄膜表面物質(zhì)的量、構(gòu)型等發(fā)生改變時(shí)，均可被檢測(cè)出來[8]，其原理見圖1。在對(duì)樣品分析檢測(cè)時(shí)，先在傳感芯片表面固定一層分子識(shí)別膜，然后將待測(cè)樣品流過芯片表面，若樣品中有能夠與芯片表面的分子識(shí)別膜相互作用的分子，會(huì)引起金膜表面折射率變化，最終導(dǎo)致SPR角度變化。通過檢測(cè)SPR角度變化，獲得被分析物的濃度、親和力、動(dòng)力學(xué)常數(shù)和特異性等信息，并且能夠?qū)崟r(shí)直接觀察分子相互作用[8-9,15]。

圖1 SPR傳感器原理圖Fig. 1 Schematic diagram of the principle of SPR sensor

2 SPR傳感器在食品檢測(cè)中的應(yīng)用

SPR傳感器由于其快速、高靈敏且無需標(biāo)記的特點(diǎn)已成為食品安全檢測(cè)中一項(xiàng)先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)[16]。目前SPR傳感器在食品安全檢測(cè)中的應(yīng)用研究主要在檢測(cè)農(nóng)獸藥殘留、重金屬、有害微生物及生物毒素等方面。

SPR傳感器的檢測(cè)方法主要有3 種，即直接法、夾心法和競(jìng)爭(zhēng)法（圖2）[8,17]。直接法是將可特異性識(shí)別待測(cè)物的配體（如抗體、適配體等大分子物質(zhì)）偶聯(lián)到SPR傳感芯片上直接與受體（待測(cè)物）結(jié)合，適用于檢測(cè)分子質(zhì)量大于10 kDa的物質(zhì)，因?yàn)榉肿淤|(zhì)量小的物質(zhì)引起的折射率小，使檢測(cè)的靈敏度降低。夾心法也稱為三明治法，該方法在直接法的基礎(chǔ)上再引入第二種配體，用兩個(gè)配體來固定待測(cè)物，提高了檢測(cè)的靈敏度和特異性。這種方法只適用于檢測(cè)至少有兩個(gè)抗原決定簇的分子。競(jìng)爭(zhēng)法也稱為間接法，分為表面競(jìng)爭(zhēng)法和溶液競(jìng)爭(zhēng)法，常用于檢測(cè)小分子。表面競(jìng)爭(zhēng)法是將配體固定到傳感芯片表面上，讓混合有待測(cè)物以及與待測(cè)物結(jié)合的大分子物質(zhì)的溶液流過傳感芯片表面，使待測(cè)物同時(shí)與芯片表面的配體和溶液中的大分子物質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合，因?yàn)榇蠓肿游镔|(zhì)的用量是一定的，故可間接檢測(cè)到待測(cè)物的濃度。溶液競(jìng)爭(zhēng)法是將待測(cè)物通過一定的方法固定到傳感器芯片，注入的樣品溶液混合有待測(cè)物和能與待測(cè)物特異性結(jié)合的配體，樣品溶液中待測(cè)物與芯片表面固定的待測(cè)物競(jìng)爭(zhēng)性的結(jié)合溶液中的配體，此時(shí)SPR響應(yīng)信號(hào)與樣品溶液待測(cè)物濃度成反比，可間接獲得待測(cè)物濃度。

圖2 SPR傳感器檢測(cè)待測(cè)物的方法示意圖Fig. 2 Schematic diagram of using SPR sensor for detecting targets

2.1 食品中農(nóng)藥殘留的檢測(cè)

隨著農(nóng)藥大量生產(chǎn)和廣泛使用，農(nóng)藥殘留問題逐漸成為影響食品安全的重要隱患。果蔬中殘留農(nóng)藥在人體內(nèi)長(zhǎng)期蓄積、滯留還會(huì)引發(fā)慢性中毒，誘發(fā)許多慢性疾病。目前，用SPR傳感技術(shù)檢測(cè)食品中農(nóng)藥殘留已取得了很好的效果。

21世紀(jì)初，Oyama等[18]建立了一種基于核酸適配體來檢測(cè)阿特拉津的新型的SPR傳感器方法。該方法將含有P450 mRNA部分互補(bǔ)序列的DNA和肽核酸兩種探針固定在傳感器芯片上，成功檢測(cè)到了10 ng/L的阿特拉津，這種方法可以敏感、快速和簡(jiǎn)單地檢測(cè)農(nóng)藥殘留。為了提高SPR傳感器的靈敏度，降低檢測(cè)下限，金屬納米材料常用來增強(qiáng)SPR響應(yīng)信號(hào)[19]。如Li Qian等[20]利用Au/Fe3O4納米復(fù)合材料和單克隆抗體對(duì)SPR傳感器金片表面進(jìn)行進(jìn)一步修飾，獲得了多菌靈的實(shí)時(shí)檢測(cè)傳感器，由于使用了納米復(fù)合材料，進(jìn)而放大了SPR響應(yīng)信號(hào)，獲得了更高的靈敏度。結(jié)果表明，該方法檢測(cè)多菌靈在0.05～150 ng/mL范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，檢出限為0.44 ng/mL。枸杞樣品的加標(biāo)回收率為102.4%～115.0%，證明了這種基于Au/Fe3O4納米復(fù)合材料的SPR傳感器方法，對(duì)于微量分析物的檢測(cè)具有很大的潛力。

近年來，納米材料與分子印跡技術(shù)的結(jié)合給SPR傳感器帶來了創(chuàng)新的檢測(cè)方法，如基于磁納米粒子與分子印跡技術(shù)的磁分子印跡納米粒子，相對(duì)于抗體檢測(cè)成本得到了極大得降低，又保持了一定的分子特異性識(shí)別和放大SPR信號(hào)的能力，且磁性可以加快樣品前處理的速度，節(jié)省時(shí)間。Yao Guihong等[21]報(bào)道了一種應(yīng)用磁分子印跡聚合物提高SPR傳感器檢測(cè)毒死蜱靈敏度的方法，該方法在0.001～10 mmol/L范圍內(nèi)顯示出良好的線性關(guān)系，檢出限為0.76 nmol/L。Liu Xia等[22]發(fā)明了一種將SPR傳感器技術(shù)與磁性納米粒子相結(jié)合的直接檢測(cè)大豆中溴氰菊酯的新方法。與抗原特異性結(jié)合的免疫磁性納米粒子既可作為標(biāo)記，又能夠增強(qiáng)SPR的折射率變化。結(jié)果表明，在0.01～1 ng/mL范圍內(nèi)SPR的折射率變化與溴氰菊酯質(zhì)量濃度呈良好的線性關(guān)系，檢測(cè)下限為0.01 ng/mL，與SPR傳感器直接檢測(cè)相比，靈敏度提高了4 個(gè)數(shù)量級(jí)。上述SPR傳感器的成功構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)了樣品前處理和傳感器檢測(cè)的完美結(jié)合，不僅檢測(cè)時(shí)間大大縮短，且檢測(cè)的準(zhǔn)確性和靈敏度也得到了提高，為樣品前處理與傳感器檢測(cè)一體化開辟了新的途徑。

2018年，Hirakawa等[23]開發(fā)了多通道同時(shí)測(cè)定3 種農(nóng)藥——啶酰菌胺、噻蟲胺和烯啶蟲胺的SPR免疫傳感器。他們將3 種農(nóng)藥與牛血清白蛋白的綴合物固定在同一傳感器芯片的不同通道上。當(dāng)3 種單克隆抗體的混合物注入SPR免疫傳感器時(shí)，每種通道會(huì)顯示出特異性反應(yīng)性。該方法對(duì)啶酰菌胺、噻蟲胺和烯敏丙胺的檢測(cè)線性范圍分別為15～93、6.7～27 ng/mL和7.3～62 ng/mL。使用摻有啶酰菌胺、噻蟲胺和烯啶蟲胺混合物的蔬菜進(jìn)行的回收率實(shí)驗(yàn)顯示出良好的結(jié)果，回收率分別為75%～90%、88%～104%和72%～105%。該方法論證了SPR傳感器可用于同時(shí)測(cè)定蔬菜中的多種農(nóng)藥殘留。同年，Thepudom等[24]將SPR與化學(xué)傳感器相結(jié)合，成功開發(fā)了使用SPR增強(qiáng)的光電化學(xué)傳感系統(tǒng)檢測(cè)農(nóng)藥毒死蜱。當(dāng)樣品以不同濃度注入電解質(zhì)時(shí)，基于短路光電流的增加能夠檢測(cè)到毒死蜱的存在。通過金納米顆粒的局部SPR和光柵耦合傳播SPR的效果增強(qiáng)了短路光電流信號(hào)，使其可檢測(cè)濃度低至7.5 nmol/L的毒死蜱。這項(xiàng)工作表明，多種傳感的結(jié)合是傳統(tǒng)檢測(cè)農(nóng)藥殘留技術(shù)的有前途的替代品。他們所提出的基于短路光電流信號(hào)的設(shè)計(jì)思想，可為傳感器敏感元件的創(chuàng)新構(gòu)建提供新的方向。

2.2 食品中獸藥殘留的檢測(cè)

動(dòng)物源食品中的獸藥殘留對(duì)人體健康產(chǎn)生了潛在的危險(xiǎn)[25-26]，而待測(cè)物質(zhì)具有濃度低、濃度差異大、樣品基質(zhì)復(fù)雜、干擾物質(zhì)多、殘留種類及代謝產(chǎn)物多樣等特點(diǎn)。目前動(dòng)物源食品中主要的獸藥殘留包括四環(huán)素類、磺胺類、大環(huán)內(nèi)酯類和喹諾酮類抗生素。SPR傳感器在獸藥殘留檢測(cè)中的應(yīng)用非常早，20世紀(jì)90年代Sternesj?等[27]就應(yīng)用SPR傳感器建立了一種測(cè)定牛奶中磺胺嘧啶（sulfamethazine，SMZ）的方法，該方法將SMZ共價(jià)固定到羧甲基右旋糖酐修飾的金膜上，添加了已知濃度SMZ的牛奶樣品，并建立了標(biāo)準(zhǔn)曲線。在樣品中加入SMZ的多克隆抗體，利用固定表面通過SPR傳感器檢測(cè)確定游離抗體的量。在牛奶樣品檢測(cè)中，該方法的平均相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差約為2%，檢出限小于1 mg/kg。

芯片表面的再生是很困難的，而不適當(dāng)?shù)脑偕矔?huì)縮短傳感器芯片的使用壽命，造成結(jié)果的不準(zhǔn)確性，Li Hui等[28]建立了磺胺甲基嘧啶（sulfamerazine，SMT）的SPR傳感器連續(xù)檢測(cè)方法。將SMT-牛血清白蛋白偶聯(lián)物固定在羧甲基右旋糖酐修飾的金膜上，通過研究抗原的固定條件和優(yōu)化抗體的稀釋濃度實(shí)現(xiàn)了金片再生和連續(xù)檢測(cè)。用磷酸鹽緩沖液配制不同濃度的SMT抗體，建立了標(biāo)準(zhǔn)曲線，檢出限為0.5 ng/mL。近年來，科研人員開發(fā)了更低廉更靈敏的SPR檢測(cè)獸藥殘留的方法，用于檢測(cè)動(dòng)物源食品中的獸藥殘留，如蜂蜜[29]、牛奶[30]等樣品。在2013年，Verma等[31]利用SPR傳感器和分子印跡聚合物，以鹽酸四環(huán)素和鹽酸氧四環(huán)素兩種四環(huán)素作為模板分子，構(gòu)建了SPR檢測(cè)四環(huán)素類抗生素的新方法，檢測(cè)范圍為0.0～0.96 mmol/L，該傳感器適用于食品中四環(huán)素類抗生素的商業(yè)化檢測(cè)，具有成本低、操作方便、探頭小型化、響應(yīng)速度快、選擇性高、可重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。Shrivastav等[32]開發(fā)了一種利用表層有分子印跡納米鍍銀涂層的光纖芯來檢測(cè)紅霉素的SPR傳感器，線性范圍為1.62 nmol/L～100 μmol/L，最低檢測(cè)限為1.62 nmol/L，該團(tuán)隊(duì)還對(duì)傳感器在實(shí)際樣品中的適用性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)該傳感器與工業(yè)應(yīng)用吻合較好、響應(yīng)速度快（響應(yīng)時(shí)間不到15 s）、簡(jiǎn)單、成本低、選擇性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有對(duì)分析物進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和遙感的能力。隨后，Sari等[33]在2018年開發(fā)了一種新的SPR納米傳感器，其結(jié)合了微乳液聚合、分子印跡和SPR這3 種技術(shù)，建立了更快速、更有選擇性地測(cè)定水溶液中紅霉素的傳感器檢測(cè)方法。SPR在食品獸藥殘留檢測(cè)中的開發(fā)利用，使得痕量的殘留能被檢測(cè)，提高了食品安全檢測(cè)的靈敏度，更加利于對(duì)食品安全的監(jiān)督管理，也為以后食品安全標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的建立提供了參考。

2.3 食品中致病菌的檢測(cè)

致病菌的檢測(cè)是預(yù)防發(fā)生食源性疾病的關(guān)鍵。如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)致病菌污染，可能會(huì)產(chǎn)生極其嚴(yán)重的食源性疾病。這要求在盡可能短的時(shí)間內(nèi)獲得致病菌檢測(cè)分析的結(jié)果，但傳統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)的致病菌檢測(cè)方法可能需要7～8 d才能得到結(jié)果。

20世紀(jì)90年代，科學(xué)家們對(duì)用SPR傳感器檢測(cè)致病菌已進(jìn)行了初步的探索并取得了很好的效果。1998年，F(xiàn)ratamico等[34]開發(fā)了用于快速、實(shí)時(shí)檢測(cè)大腸桿菌O157:H7的SPR傳感器。他們?cè)谛酒瞎潭说鞍譇或蛋白G捕獲抗體，這些抗體又能與大腸桿菌結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大腸桿菌的檢測(cè)。此后，應(yīng)用SPR傳感器檢測(cè)致病菌成為了熱門的研究方向[35-37]。2006年，Zezza等[38]開發(fā)了一種基于DNA分子雜交的SPR傳感器，對(duì)小麥中的真菌病原體黃色鐮孢菌進(jìn)行檢測(cè)。以0.57 kb的黃色鐮孢菌DNA雜交片段的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增產(chǎn)物作為核苷酸探針，將探針固定在鏈球菌傳感器芯片上，并測(cè)試其與黃色鐮孢菌聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)物的生物特異性相互作用。該傳感器成功用于檢測(cè)不同培養(yǎng)方式以及小麥樣品中自然感染的黃色鐮孢菌，結(jié)果表明，該傳感器對(duì)黃色鐮孢菌具有良好的特異性，對(duì)檢測(cè)溶液中含30 ng硬質(zhì)小麥的樣品，其檢測(cè)下限為0.06 pg，所開發(fā)的SPR傳感器顯示了更高的靈敏度。在2012年，Torun等[39]對(duì)基于4 種不同傳感芯片檢測(cè)大腸桿菌的SPR傳感器進(jìn)行了比對(duì)分析：1）將抗體非特異性地固定到SPR芯片表面檢測(cè)大腸桿菌；2）通過親和素-生物素相互作用將抗體定向固定到SPR芯片表面檢測(cè)大腸桿菌；3）自組裝單層共價(jià)固定抗體到SPR芯片表面檢測(cè)大腸桿菌；4）大腸桿菌用免疫鍍金磁納米分離并進(jìn)行SPR傳感器測(cè)量（圖3）。結(jié)果表明，4 種方法中最有效的方法是基于鍍金磁納米粒子的方法。這種方法可以從樣品中快速簡(jiǎn)單分離大腸桿菌，并在沒有任何標(biāo)記的情況下快速檢測(cè)量化。該方法的線性范圍在30～3.0×104CFU/mL之間，檢測(cè)限為3 CFU/mL。

此后，Vaisocherová-Lísalová等[40]也報(bào)道了一種利用三步檢測(cè)法快速、靈敏地檢測(cè)食品中致病菌的多通道SPR傳感器，該傳感器可以同時(shí)檢測(cè)大腸桿菌O157:H7和沙門氏菌，并在對(duì)實(shí)際樣品漢堡包和黃瓜檢測(cè)時(shí)顯示了良好的敏感性和特異性。對(duì)黃瓜和漢堡提取物中大腸桿菌O157:H7的檢出限分別為57、17 CFU/mL和7 CFU/mL，沙門氏菌分別為4×103CFU/mL和11.7×103CFU/mL。此后，開發(fā)多通道SPR傳感器致病菌檢測(cè)技術(shù)成為了熱門[41-42]。

SPR傳感器在致病菌檢測(cè)方法的開發(fā)和創(chuàng)新，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了快速、高靈敏、低檢測(cè)限和多通道檢測(cè)，因此可以在初期就能發(fā)現(xiàn)致病菌的存在，對(duì)于預(yù)防食源性疾病的發(fā)生具有重要意義。

圖3 SPR生物傳感器傳感策略示意圖Fig. 3 Schematic illustration of sensing strategies in SPR biosensors

2.4 食品中重金屬的檢測(cè)

食品中重金屬主要包括汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等生物毒性顯著的金屬元素，由于重金屬難以被生物降解，因此會(huì)通過食物鏈成千百倍地富集進(jìn)入人體，對(duì)人體造成嚴(yán)重的健康危害。利用SPR傳感技術(shù)檢測(cè)食品中的重金屬殘留是日漸成熟的一種方法。

Wu等[43]開發(fā)了基于哺乳動(dòng)物金屬硫蛋白（metallothionein，MT）檢測(cè)金屬離子的SPR傳感器。該方法通過在傳感器芯片上的羧甲基葡聚糖固定MT，可以結(jié)合鎘、鋅或鎳，而不結(jié)合鎂、錳和鈣。他們?cè)诖_定了MT固定化的最適pH值（pH 4.0）和結(jié)合金屬離子的最佳溫度（30 ℃）的條件下，檢測(cè)鎘、鋅或鎳的濃度可以達(dá)到mmol/L水平，可以用于定性和定量檢測(cè)金屬離子鎘、鋅和鎳。Caglayan等[44]采用自組裝方法將牛血清白蛋白和特異性適配體固定在傳感器芯片上，開發(fā)了兩種檢測(cè)汞離子的SPR傳感器方法。結(jié)果顯示，基于蛋白質(zhì)的SPR傳感器檢測(cè)限為40.7 nmol/L，而基于適配體的SPR傳感器檢測(cè)限為26.0 pmol/L，且基于適配體的SPR傳感器的選擇性高于基于蛋白質(zhì)的SPR傳感器。銀與汞離子可以形成汞合金，汞離子的吸附、氧化還原反應(yīng)以及汞齊化會(huì)影響銀納米粒子的SPR效應(yīng)，而大多數(shù)過渡金屬離子不會(huì)發(fā)生這種反應(yīng)?；谠撛?，Ramesh等[45]制備了銀納米粒子包埋聚乙烯醇的薄膜，并將其作為SPR傳感器芯片，對(duì)金屬汞離子進(jìn)行了快速、高效和選擇性的檢測(cè)。該傳感器檢測(cè)汞離子的線性范圍為10 μg/kg～1 mg/kg，檢測(cè)下限為1 μg/kg，有效解決了檢出的汞濃度難以達(dá)到微克級(jí)的問題。更重要的是，這種傳感器可以在現(xiàn)場(chǎng)使用，可用于監(jiān)管部門現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)食品安全隱患，也可以應(yīng)用在食品原產(chǎn)地、工廠和市場(chǎng)的檢驗(yàn)過程，篩選出不合格產(chǎn)品。

2.5 食品中生物毒素的檢測(cè)

生物毒素又稱天然毒素，是指生物來源并不可自復(fù)制的有毒化學(xué)物質(zhì)，包括動(dòng)物、植物、微生物產(chǎn)生的對(duì)其他生物物種有毒害作用的各種化學(xué)物質(zhì)。早在1998年，Hsieh等[46]就利用SPR傳感器建立了一種快速檢測(cè)產(chǎn)氣莢膜梭菌β毒素的分析方法，通過傳感器芯片對(duì)產(chǎn)氣莢膜梭菌β毒素單克隆抗體的發(fā)酵液進(jìn)行離線免疫，在20 min內(nèi)可以得到結(jié)果，在實(shí)驗(yàn)過程中還可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過程中β毒素的積累。同期，Mullett等[47]開發(fā)一種用來測(cè)定真菌毒素——伏馬菌素B1的SPR傳感器。將伏馬菌素B1的多克隆抗體固定在金膜表面后，通入含有伏馬菌素B1的樣品，進(jìn)行直接檢測(cè)。在抗體固定化步驟優(yōu)化后，SPR傳感器直接檢測(cè)的檢出限為50 ng/mL，分析時(shí)間短于10 min。

此后，Homola等[48]開發(fā)了一種用于檢測(cè)牛奶中葡萄球菌腸毒素B的SPR傳感器，并用直接法和夾心法兩種方法檢測(cè)了葡萄球菌腸毒素B。結(jié)果表明該傳感器可直接檢測(cè)葡萄球菌腸毒素B，最低檢測(cè)限為5 ng/mL，而在夾心檢測(cè)模式下最低檢測(cè)限為0.5 ng/mL，可用于檢測(cè)復(fù)雜食品基質(zhì)中各種微量的生物毒素。此后，SPR傳感器檢測(cè)生物毒素的檢測(cè)技術(shù)也在不斷地發(fā)展成熟[49]。所構(gòu)建的SPR傳感器檢測(cè)時(shí)間短、靈敏度高、特異性強(qiáng)，能夠及時(shí)檢測(cè)出食品中含有的微量生物毒素，避免食品中毒事件的發(fā)生。

2.6 SPR在食品中其他有害物檢測(cè)中的應(yīng)用

除了農(nóng)獸藥殘留、致病菌、重金屬和生物毒素以外，SPR傳感器還被應(yīng)用到檢測(cè)食品中其他有害物質(zhì)，如非法添加物[50]、過敏原[51]和其他化學(xué)成分[52]等。2008年，Thompson等[53]為了監(jiān)測(cè)歐洲境內(nèi)非法使用萊克多巴胺的狀況，建立了一種基于溶液競(jìng)爭(zhēng)法的SPR免疫傳感器。將所建立的方法與液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜驗(yàn)證性方法進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，兩種檢測(cè)方法都能夠檢測(cè)出尿液和肝臟中低含量（μg/kg）的萊克多巴胺，且結(jié)果一致。Li Ying等[54]建立了一種基于SPR的鹽酸克倫特羅快速檢測(cè)技術(shù)。他們首先應(yīng)用直接法，通過研究鹽酸克倫特羅與抗體相結(jié)合的動(dòng)力學(xué)過程，獲得其親和力，對(duì)鹽酸克倫特羅的抗體進(jìn)行了篩選和。選用親和力最強(qiáng)的抗體，應(yīng)用競(jìng)爭(zhēng)方法對(duì)鹽酸克倫特羅進(jìn)行了檢測(cè)，該方法的檢出限低于2 μg/L。檢測(cè)豬肉提取物樣品中鹽酸克倫特羅的質(zhì)量濃度為2.75 μg/L。

此后，Kabiraz等[55]開發(fā)了一種用于高靈敏度檢測(cè)鹽酸克倫特羅的SPR免疫傳感器。由于尿液中含有免疫反應(yīng)抑制劑，而這種抑制劑不能通過物理方法去除。該研究提出了用羧基改性的二氧化硅去除尿樣中抑制劑的過濾方法，有效地除去了免疫反應(yīng)抑制劑。結(jié)果顯示，去除免疫反應(yīng)抑制劑后，該傳感器對(duì)鹽酸克倫特羅的檢測(cè)限達(dá)到了100 fg/mL。牛奶中非法添加三聚氰胺，導(dǎo)致嬰幼兒健康受到極大的威脅，近年來研究人員開發(fā)了多種SPR傳感器檢測(cè)三聚氰胺的方法。其中，Zhang Lili等[56]在2018年開發(fā)了用于檢測(cè)牛奶和奶粉中痕量的三聚氰胺的SPR傳感器方法，該方法在0.1～10.0 nmol/L范圍線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)為0.999 1，用于檢測(cè)牛奶和奶粉的檢測(cè)限分別為62.6 pmol/L和56.4 pmol/L。這些研究為食品中其他有害物的檢測(cè)提供了新的思路，通過不斷地創(chuàng)新發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了從低濃度檢測(cè)到痕量檢測(cè)的飛躍，極大提高了檢測(cè)的靈敏度，保障了食品安全。

3 結(jié) 語

經(jīng)過幾十年的發(fā)展與應(yīng)用，SPR傳感器儀器及其檢測(cè)方法得到了進(jìn)一步發(fā)展與成熟。從單通道SPR傳感器到多通道SPR傳感器，實(shí)現(xiàn)了高靈敏多組分同時(shí)檢測(cè)。而便攜式SPR傳感器可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)篩選與監(jiān)測(cè)，有望走出實(shí)驗(yàn)室走向大眾化。隨著SPR儀器的不斷完善和分子識(shí)別芯片構(gòu)建能力的不斷增強(qiáng)，未來SPR傳感器儀器更加便攜和智能化，可實(shí)現(xiàn)大量樣品的實(shí)時(shí)檢測(cè)和分子水平的快速、超痕量分析。同時(shí)，與電化學(xué)傳感技術(shù)、色譜技術(shù)等的聯(lián)用也必將拓寬SPR傳感器在檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用。雖然目前國(guó)內(nèi)外用于食品安全檢測(cè)的主要儀器還是液相色譜、質(zhì)譜等傳統(tǒng)儀器，相信在不久的將來，SPR傳感器在食品安全領(lǐng)域會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用?？梢云诖齋PR傳感器在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)食品中危害物進(jìn)行篩查和快速定性定量檢測(cè)，以消除食品安全隱患，保障國(guó)民的生命健康。