王春瓊，曾彥波，陳丹，彭麗娟，李苓，張燕

（1.云南省煙草質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)站，昆明 650106； 2.紅云紅河煙草(集團(tuán))有限責(zé)任公司會(huì)澤卷煙廠，云南曲靖 654200）

農(nóng)藥是人類生活和生產(chǎn)中不可或缺的輔助物資，使用農(nóng)藥可有效地消滅雜草、控制病蟲(chóng)害、提高農(nóng)作物的質(zhì)量和產(chǎn)量。但農(nóng)藥又是有害物質(zhì)，在生活和生產(chǎn)中使用會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染和食品農(nóng)藥殘留問(wèn)題。當(dāng)農(nóng)藥殘留量超過(guò)允許限量時(shí)，將會(huì)對(duì)人體健康造成不良影響［1］。為了保證食品安全和人體健康，必須防止農(nóng)藥的污染和殘留量超標(biāo)，因此農(nóng)藥殘留的監(jiān)測(cè)工作日益引起世界各國(guó)政府和公眾的關(guān)注，提高農(nóng)藥殘留檢測(cè)技術(shù)水平已成為各國(guó)提高本國(guó)產(chǎn)品質(zhì)量和克服國(guó)際農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易技術(shù)壁壘的重要措施［2］。

目前，國(guó)內(nèi)外都在大力發(fā)展農(nóng)藥多殘留檢測(cè)技術(shù)，主要檢測(cè)方法是儀器分析法，包括氣相色譜（GC）法、液相色譜（HPLC）法、氣相色譜–質(zhì)譜聯(lián)用（GC–MS）法、液相色譜–質(zhì)譜聯(lián)用（HPLC–MS）法和薄層色譜（TLC）法等［3–5］。儀器分析法檢測(cè)費(fèi)時(shí)耗力，設(shè)備耗材昂貴，依賴專業(yè)人士，難以小型化，不適合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。農(nóng)殘快速檢測(cè)技術(shù)是為了克服上述缺點(diǎn)而發(fā)展起來(lái)的新型方法，目前包括酶聯(lián)免疫吸附（ELISA）法、酶抑制法、生物傳感器和化學(xué)分析法等。酶聯(lián)免疫吸附法靈敏度高、特異性強(qiáng)、快速便捷，但抗體制備困難，難以確定待測(cè)樣品中的農(nóng)藥種類，易出現(xiàn)假陰性和假陽(yáng)性現(xiàn)象，難以實(shí)現(xiàn)多殘留農(nóng)藥檢測(cè)。酶抑制法檢測(cè)成本較低，但靈敏度不高，很難實(shí)現(xiàn)定量分析。生物傳感器法具有靈敏度高、選擇性好、微型自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)有生物試劑昂貴、生物分子易失活、穩(wěn)定性較差等［6］。化學(xué)分析法檢測(cè)速度快，但適用范圍小，目前僅限于有機(jī)磷農(nóng)藥（特別是甲胺磷和對(duì)硫磷）殘留檢測(cè)。

分子印跡傳感器將基于分子印跡技術(shù)制備的印跡敏感膜或可填充的多孔珠作為識(shí)別元件，對(duì)目標(biāo)分子具有專一識(shí)別功能，因其具有抗惡劣環(huán)境能力強(qiáng)、成本低廉、操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)快速及易微型化等優(yōu)點(diǎn)，在藥物分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)和農(nóng)殘分析等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用［7–8］。筆者以分子印跡傳感器為基礎(chǔ)介紹其原理、分類及制備方法，綜述分子印跡傳感器在農(nóng)殘快速檢測(cè)中的應(yīng)用，并對(duì)印跡傳感器的現(xiàn)狀及前景進(jìn)行總結(jié)和展望，旨在為農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)技術(shù)相關(guān)研究提供參考。

1 分子印跡傳感器的原理及分類

1.1 分子印跡傳感器的原理

傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件，通常由識(shí)別元件和轉(zhuǎn)換元件組成。將分子印跡聚合物（MIPs）制成印跡敏感膜或可填充的多孔珠作為識(shí)別元件，常被修飾于傳感器表層，如圖1 所示。當(dāng)印跡分子擴(kuò)散至識(shí)別元件內(nèi)部，與MIPs 的印跡孔穴結(jié)合，產(chǎn)生化學(xué)或物理信號(hào)，再經(jīng)轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成定量輸出信號(hào)（如電位、電流、頻率、熒光強(qiáng)度和吸光度等），通過(guò)監(jiān)測(cè)輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)分子的實(shí)時(shí)測(cè)定［9］。據(jù)報(bào)道，1994 年Mosbach 等制造的電容傳感器是最早的分子印跡傳感器，該傳感器是利用MIPs 結(jié)合待測(cè)物后電容器場(chǎng)效應(yīng)的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)定量檢測(cè)，從此開(kāi)啟了分子印跡傳感器蓬勃發(fā)展的序幕［10］。

圖1 分子印跡傳感器的工作原理

1.2 分子印跡傳感器的分類

1.2.1 電化學(xué)傳感器

（1）電容傳感器。此類傳感器由一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)電容器組成，內(nèi)部負(fù)載分子印跡膜，當(dāng)與待測(cè)物結(jié)合時(shí)該裝置的電容會(huì)發(fā)生改變，電容的改變量與待測(cè)物結(jié)合的量線性相關(guān)，故可監(jiān)測(cè)電容的改變量實(shí)現(xiàn)定量檢測(cè)待測(cè)物。

（2）電導(dǎo)傳感器。此類傳感器是根據(jù)電導(dǎo)轉(zhuǎn)換原理設(shè)計(jì)的，兩電極間用一層分子印跡膜間隔，印跡膜與待測(cè)物結(jié)合會(huì)引起電導(dǎo)率的變化，接著轉(zhuǎn)換并輸出電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)待測(cè)物含量的測(cè)定。

（3）電流傳感器。此類傳感器是用印跡敏感膜或印跡聚合物修飾電極，作為檢測(cè)元件，印跡敏感膜或印跡聚合物與待測(cè)物結(jié)合會(huì)引起電流變化，監(jiān)測(cè)結(jié)合前后電流變化便可實(shí)現(xiàn)待測(cè)物含量的檢測(cè)。

（4）電位傳感器。此類傳感器通過(guò)測(cè)量分子印跡敏感膜與待測(cè)物結(jié)合后引起的電位變化，從而實(shí)現(xiàn)待測(cè)物含量的檢測(cè)。其優(yōu)點(diǎn)是不需去除膜相中的印跡分子，待測(cè)物也不需進(jìn)入膜相內(nèi)部，故印跡分子大小不受限制。

1.2.2 光學(xué)傳感器

（1）熒光傳感器。此類傳感器應(yīng)用于檢測(cè)，常由兩種途徑實(shí)現(xiàn)：①待測(cè)物自身可發(fā)熒光或通過(guò)衍生反應(yīng)使衍生物具有熒光性，利用熒光光譜和光纖維可以檢測(cè)光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)待測(cè)物的定量檢測(cè)；②將具有熒光性的物質(zhì)作為功能單體，或制備可發(fā)熒光的功能單體，使聚合物兼具熒光基團(tuán)、目標(biāo)分子結(jié)合位點(diǎn)和可聚合的雙鍵，通過(guò)監(jiān)測(cè)與待測(cè)物結(jié)合前后熒光信號(hào)的改變定量檢測(cè)待測(cè)物。分子印跡技術(shù)制備熒光傳感器非常具有發(fā)展前景，而熒光標(biāo)記物的選擇是制約這種傳感器發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)。

（2）冷光型傳感器。鑭系離子與適當(dāng)?shù)呐潴w形成配合物時(shí)能顯示出極長(zhǎng)的發(fā)光時(shí)間和極強(qiáng)的發(fā)光強(qiáng)度，常用鑭系Eu3+作為光纖探針。鑭系光譜兼具窄的激發(fā)和發(fā)射峰，能提供較好的選擇性和靈敏度，抗干擾能力強(qiáng)。

1.2.3 質(zhì)量敏感傳感器

壓電效應(yīng)是指物質(zhì)受機(jī)械壓力后產(chǎn)生帶電的現(xiàn)象。許多晶體都具有壓電效應(yīng)，當(dāng)晶體處于機(jī)械受壓的狀態(tài)時(shí)會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)，反之，將電信號(hào)施加于晶體，晶體會(huì)機(jī)械變形。每一種晶體都具有自身自然振蕩的共振頻率，當(dāng)晶體表面吸附分析物而引起質(zhì)量變化時(shí)，這種共振頻率也會(huì)改變，通過(guò)檢測(cè)共振頻率的變化可以實(shí)現(xiàn)對(duì)分析物的高靈敏檢測(cè)。常用的壓電材料有石英、陶瓷材料，如鈦酸鉛和鈦酸鋇等。目前分子印跡技術(shù)與表面聲波和石英微量天平結(jié)合是兩大研究熱點(diǎn)，這兩種結(jié)合方式均能構(gòu)成檢測(cè)特定分子的MIPs 質(zhì)量敏感型傳感器。

2 分子印跡傳感器的制備方法

2.1 直接法

分子印跡傳感器的常見(jiàn)制備方法為原位聚合法，具體制備過(guò)程是將印跡分子、功能單體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑混合的預(yù)聚合液滴涂在電極表面，通過(guò)光或熱作用引發(fā)聚合反應(yīng)，形成分子印跡膜。甲基丙烯酸、乙烯基吡啶和丙烯酰胺等為常用功能單體。也可采用電聚合法制備分子印跡膜，常用電聚合單體為聚苯酚、聚吡咯、聚鄰氨基苯酚、聚丙烯酰胺和聚鄰苯二胺等。電聚合法制備的分子印跡傳感器具備以下優(yōu)點(diǎn)：（1）只需在印跡分子和功能單體的混合液中進(jìn)行循環(huán)伏安掃描就能實(shí)現(xiàn)，制備方法簡(jiǎn)單；（2）可在任意導(dǎo)電基體上獲得性能優(yōu)良的印跡膜。但該法對(duì)印跡分子的特異吸附是基于分子電荷排斥效應(yīng)，故選擇性不高。

2.2 間接法

將制備好的分子印跡聚合物分散于低沸點(diǎn)溶劑中，制成混合液，再通過(guò)滴涂、旋涂和蘸涂等方法修飾到電極表面，將溶劑揮干，便在電極表面形成分子印跡敏感膜。也可將分子印跡聚合物與石墨粉混合，加入熔化的正二十烷，拌勻后填充在PVC 管中，冷卻后制成分子印跡碳糊電極［12］。碳糊電極具有易于更新、制備簡(jiǎn)單、選擇性好和重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)間接法制備的傳感器，由于識(shí)別層的分子印跡膜較厚，較易導(dǎo)致傳質(zhì)受阻，電極響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。

3 分子印跡傳感器在農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)中的應(yīng)用

傳感器與分子印跡結(jié)合制備的分子印跡傳感器，兼具分子印跡和傳感器的優(yōu)點(diǎn)，可有效改善傳感器的靈敏度和選擇性，具有耐腐蝕、耐高溫、穩(wěn)定性強(qiáng)、易微型化及壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，在農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，成為一個(gè)重要的研究方向。

Anirudhan 等［13］基于表面改性多壁碳納米管，制備了分子印跡電位傳感器，用于檢測(cè)有機(jī)氯農(nóng)藥 林 丹，檢 出 限 為1.0×10–10mol／L。Shrivastav等通過(guò)改變傳感器表面非傳導(dǎo)的屬性，研究了丙溴磷光纖傳感器［14］，該方法線性范圍為10–4～10–1μg／L，檢出限為2.5×10–6μg／L。石小雪等［15］基于AgBiS2／Bi2S3制備了殘殺威分子印跡光化學(xué)傳感器，殘殺威的濃度在1.0×10–12～5.0×10–10mol／L 范圍內(nèi)，其對(duì)數(shù)值與光電流線性關(guān)系良好，檢出限為2.3×10–13mol／L，該傳感器用于測(cè)定水果等實(shí)際樣品中殘殺威，加標(biāo)回收率為101.0%～103.1%。Kong 等［16］采用電聚合法制備石墨烯–分子印跡復(fù)合膜，去除吡蟲(chóng)啉后成功制備分子印跡電化學(xué)傳感器，該傳感器線性范圍為0.75～70.00 μmol／L， 檢出限為0.40 μmol／L；另外還以聚乙烯吡咯烷酮為功能單體，制備傳感器用于蘋果中吡蟲(chóng)啉的測(cè)定［17］，結(jié)果表明聚乙烯吡咯烷酮作為功能單體制得的傳感器線性范圍寬，檢出限更低；接著又以吡蟲(chóng)啉為模板，聚咔唑?yàn)楣δ軉误w，在石墨烯修飾電極表面成功制備吡蟲(chóng)啉分子印跡傳感器，將其用于水中吡蟲(chóng)啉含量的檢測(cè)，線性范圍為0.1～40.00 μmol／L，檢出限為0.07 μmol／L［17］。劉斌等［18］利用恒電位沉積法制備了啶蟲(chóng)脒分子印跡傳感器，使用富含—NH2和—OH 活性基團(tuán)的殼聚糖作為電極修飾材料，通過(guò)陽(yáng)離子指示探針驗(yàn)證，該傳感器電化學(xué)響應(yīng)特性良好，能選擇性識(shí)別啶蟲(chóng)脒，線性范圍為1.0×10–7～2.0×10–5mol／L，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.9%。Zhao 等［19］首先制備表面印跡離子液體聚合物，再通過(guò)可逆加成–碎裂鏈轉(zhuǎn)移沉淀聚合的方式負(fù)載到多壁碳納米管上，將該印跡材料涂層到石墨烯修飾玻碳電極表面，構(gòu)建了親水性表面印跡電化學(xué)傳感器，該傳感器線性范圍寬，檢出限低，將其用于白菜和蘋果中吡蟲(chóng)啉含量的測(cè)定，加標(biāo)回收率為94%～107%。

Wang 等［20］用光聚合法在膠體晶模板中制備吡蟲(chóng)啉印跡光子水凝膠，去除膠體晶模板和印跡模板后制備了一種分子印跡光子晶體凝膠傳感器，將其用于檢測(cè)甘藍(lán)、黃瓜、蘋果中吡蟲(chóng)琳含量，與吡蟲(chóng)啉液相色譜–串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)方法相比，測(cè)定結(jié)果無(wú)顯著性差異。魏傳平［21］制備了一種表面等離子體結(jié)合乙酰甲胺膦分子印跡聚合物的共振傳感器，能快速檢測(cè)油菜和黃瓜中的農(nóng)藥殘留。秦思楠等［22］以鄰氨基苯酚和鄰苯二胺為功能單體，通過(guò)循環(huán)伏安法掃描成功獲得分子印跡傳感器，此傳感器對(duì)三氟氯氰菊酯及結(jié)構(gòu)類似物具有很好的選擇性，且操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)靈敏、成本低廉，具有良好的應(yīng)用前景。王春瓊等［23］利用石墨烯的信號(hào)放大作用，以丙烯酰胺為功能單體，在石墨烯修飾的絲網(wǎng)印刷電極表面，成功構(gòu)建了苯霜靈分子印跡膜，該傳感器的檢測(cè)范圍為7.0×10–9～6.8×10–4mol／L，檢出限為2.1×10–9mol／L，將其用于煙草樣品中苯霜靈的測(cè)定，結(jié)果滿意；另外在弱堿條件下，以鄰苯三酚為修飾材料，采用電聚合法在玻碳電極表面成功制備對(duì)甲霜靈有高選擇性和高靈敏度的分子印跡電化學(xué)傳感器，將其用于煙草中甲霜靈的測(cè)定，檢出限為0.003 mg／kg，加標(biāo)回收率為98.5%～113.7%［24］。

王嫦嫦［25］分別以基于摻雜法的UCNP–Fe3O4–MIP 和核殼型的UCNP@Fe3O4@MIP 傳感材料為識(shí)別元件，構(gòu)建了兩種用于溴氰菊酯快速、高靈敏和高特異性測(cè)定的傳感檢測(cè)方法。結(jié)果顯示，在基于摻雜法的UCNP–Fe3O4–MIP 傳感體系中，可檢測(cè)溴氰菊酯的線性范圍為0.001～0.8 mg／L，檢出限為6.28×10–4mg／L；在核殼型的UCNP@Fe3O4@MIP 傳感體系中，可檢測(cè)溴氰菊酯的線性范圍為0.001～1.0 mg／L，檢出限為7.49×10–4mg／L，將兩種方法應(yīng)用于葡萄和白菜中的農(nóng)藥殘留檢測(cè)，結(jié)果令人滿意。唐清華［26］基于Fe3O4@MWNTs-COOH／ CS 增敏層和溶膠–凝膠分子印跡膜，開(kāi)發(fā)了一種新穎的分子印跡仿生電化學(xué)傳感器，該傳感器對(duì)乙酰甲胺磷和敵百蟲(chóng)兩種有機(jī)磷農(nóng)藥具有良好的線性響應(yīng)，其線性范圍分別為1.0×10–4～1.0×10–10mol／L 和1.0×10–5～1.0×10–11mol／L，應(yīng) 用 該 方法對(duì)有機(jī)蕓豆和黃瓜進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，回收率為85.9 %～94.9 %。毛亞麗［27］采用滴涂法制備了兩種甲基對(duì)硫磷分子印跡傳感器，利用循環(huán)伏安法和差分脈沖伏安法研究了傳感器的電化學(xué)行為特征，結(jié)果顯示，鋅金屬有機(jī)骨架構(gòu)建的分子印跡傳感器具有高靈敏度和高選擇性，響應(yīng)時(shí)間短，能夠迅速對(duì)低濃度的甲基對(duì)硫磷產(chǎn)生響應(yīng)，具有較廣闊的應(yīng)用前景。

李景［28］利用電化學(xué)原位聚合制備了噻苯咪唑分子印跡電化學(xué)傳感器，與非印跡傳感器相比，該傳感器印跡因子達(dá)到3.61，與3 種結(jié)構(gòu)類似物（多菌靈、阿苯達(dá)唑及苯菌靈）相比，制備的傳感器對(duì)噻苯咪唑具有良好的選擇性，檢測(cè)線性范圍為5.0×10–7～1.0×10–5mol／L 和1.0×10–5～1.2×10–4mol／L，檢出限為1.25×10–7mol／L。王紅梅［29］用氨基化的分級(jí)孔二氧化硅球作為分子印跡基質(zhì)，以2，4-二氯苯氧乙酸（2，4-D）為模板，鄰苯二胺為單體，采用電化學(xué)聚合方法制備了分子印跡傳感器，該傳感器對(duì)2，4-D 具有很好的響應(yīng)效果，在1.00×10–10～2.50×10–8mol／L 范圍內(nèi)可用于豆芽菜中2，4–D 的檢測(cè)。謝天嬌［30］利用合成的噻蟲(chóng)嗪石墨烯基分子印跡聚合材料，成功制備了對(duì)噻蟲(chóng)嗪具有特異性識(shí)別能力的石墨烯基分子印跡電化學(xué)傳感器（MIPs-GN／GCE），結(jié)果表明：MIPs-GN／GCE對(duì)噻蟲(chóng)嗪檢測(cè)的線性范圍為0.5～20 μmol／L，檢出限為0.1 μmol／L。用該方法對(duì)市售的秈米、粳米、糯米及糙米4 種稻谷樣品進(jìn)行檢測(cè)，回收率較高，與液相色譜法的結(jié)果一致。謝黎明［31］以殼聚糖為功能基體，吡蟲(chóng)啉和噻蟲(chóng)嗪為模板分子，戊二醛為交聯(lián)劑，應(yīng)用恒電位沉積法制備分子印跡傳感器，結(jié)果表明該傳感器對(duì)吡蟲(chóng)啉和噻蟲(chóng)嗪選擇性能良好，可用于農(nóng)藥殘留的檢測(cè)。

4 總結(jié)與展望

MIPs 具有選擇性好、靈敏度高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在傳感器上的應(yīng)用有巨大的潛力。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，在MIPs 制備技術(shù)、傳感器檢測(cè)條件及轉(zhuǎn)換元件的選擇等方面取得了較大進(jìn)展，但仍有諸多問(wèn)題有待解決［32–39］：

（1）分子印跡形成過(guò)程、識(shí)別機(jī)理、結(jié)合位點(diǎn)作用機(jī)理、傳質(zhì)機(jī)理及分子印跡聚合物結(jié)構(gòu)等方面的知識(shí)仍不清晰，從分子水平上更好地解析印跡機(jī)理和識(shí)別過(guò)程，仍有待研究；

（2）目前使用的交聯(lián)劑、功能單體和聚合方法存在局限性，這方面的研究大多處于半經(jīng)驗(yàn)狀態(tài)，還有待于深化；

（3）分子印跡傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域有待進(jìn)一步拓展；

（4）分子印跡傳感器的識(shí)別和制備大多局限在非極性環(huán)境中進(jìn)行。

總之，分子印跡技術(shù)作為一門正在發(fā)展的科學(xué)技術(shù)已經(jīng)得到人們的廣泛關(guān)注，也面臨著諸多挑戰(zhàn)，但隨著其不斷深入發(fā)展，上述所存在的問(wèn)題會(huì)逐步得到解決，這反過(guò)來(lái)又將進(jìn)一步促進(jìn)分子印跡傳感器的發(fā)展，使其取得新的應(yīng)用和發(fā)展。