(1)免疫生物传感器(immunosensor,IS)。免疫生物传感器是将免疫测定法与传感技术相结合而构建的一类新型的微型化、便携式生物传感器,能实时监测抗原抗体反应,从而使农药残留免疫检测手段朝着自动化、简便化、快速化的方向发展。它的基本原理是利用抗体—抗原反应的高亲和性和分子识别的特点,将抗原(或抗体)固定在传感器基体上,通过传感技术使吸附发生时产生物理、化学、电学或光学上的变化,转变成可检测的信号来测定环境中待测分子的浓度。免疫传感器从测定原理上可分为标记型免疫传感器和非标记型免疫传感器。前者利用待测抗原(或抗体)与固定在传感器表面的抗体(或抗原)发生特异吸附时直接产生电信号、光信号或物理信号;后者是用一定的标记物如酶、荧光试剂、化学发光试剂、核素、核糖体、红细胞或金属标记物等使免疫反应产生可测定的信号。
IS的基本组成大致可分为3部分:①生物芯片:由于抗体以高度的亲和性与被测物结合,所以它能在其他物质存在时测定被测物。这部分一般固定在传感器基体上,而该基体一般是金属片或石英玻璃片。固定有抗体或抗原的基体称之为生物芯片。②信号转换器:它将抗体与被测物特异性结合后产生的光、热、压力等物理化学信号转换成电信号。③电部分:这部分是将转换器产生的电信号进行放大化和数字化,从而可以统计和保存实验结果。在农药检测中与免疫化学技术相结合的转换器有光学转换器(如折射仪或反射仪、频道波导干涉仪、波导表面胞质团共振仪等)、电化学(包括电阻、电流、电频率、电位等)转换器、声波转换器和压力转换器等。光学转换器已成功地作为直接、无标记物免疫探针。在农药残留的检测免疫传感器技术中最有前景的是免疫酶电极技术。免疫酶电极技术结合了固相酶免疫分析的优点(高灵敏性、特异性、应用面广),而且测定程序更简便、快速。
(2)荧光偏振光免疫分析(fluorescencepolarizationimmunoassay,FPIA)。FPIA是在荧光免疫分析技术的基础上发展起来的一种检测手段。主要是基于荧光标记的半抗原与特异性抗体结合后半抗原的荧光极性增强的原理。若样品中含有未标记的被测物,它会与抗原竞争性地与抗体结合,从而使极性信号降低。这种FPIA技术的优点是不需要对样品进行任何前浓缩或冲洗步骤,可直接分析,检测速度比较快,1个样品的检测时间不到1min。
(3)流动注射免疫分析法(flowinjectionimmuno-assays,FIIA)。免疫传感器与流动注射分析技术结合的流动注射免疫分析技术是最新的农药残留检测技术。它适用于连续测定和大量样品的测定,也适于原位分析。其原理是先将抗体固定在适当载体膜上制备成均匀一致的抗体膜带(可分段使用),再将膜带的一部分安装于密封但有样品进出口的微型槽内,从进口处注入待测样品和酶标样品的混合液,竞争性结合反应在微型槽内进行,反应所引起的特定物理或化学参数的变化由配套的检测系统检测出来。一次测定完成后,从进样口注入洗涤液洗涤微型槽,同时,可移动抗体膜带使新的一段膜带进入微型槽,进行另一次分析测定,如此反复进行。另外,也可将抗体固定于玻璃微球上制成类似于色谱分析的固定相,装入细玻管内,通过向管内注入待测样品和酶标样品的混合液,利用竞争性结合原理进行分析,通过透明的玻管测定竞争性结合反应前后以及加入酶底物后生成有色产物等物理、化学参数的变化,对待测样品进行定性、定量检测。
连续流动系统比管子和微滴板更易实现自动化,能更快速灵敏地测出结果。FIIA分析所需时间由ELISA的1.5h缩短至6.5min。FIIA的不足之处是变异系数(CVs)大,抗体和酶标的半抗原使用量大,一次只能检测一个样品。目前与FIIA系统结合的光学免疫传感器已开发并应用于各种农药的检测。
最近,但德忠等将荧光免疫分析、光纤传感器、流动注射、免疫磁球分离四项技术结合起来建立起一种新型荧光光纤免疫磁珠流动分析系统。该系统既可进行普通的荧光分析、动力学荧光流动分析,又可进行荧光光纤免疫流动分析。该分析法比酶免疫法更灵敏,标记物不易失活,与放射免疫相比无放射性污染。免疫磁珠集吸附、富集、分离等功能于一体,结合流动分析停留技术和可控电磁场,可在流路中完成抗体(抗原)结合态和游离态标记物的自动再线分离,避免了一般流动免疫分析中柱的再生和膜的更换。
(1)农药残留超标现状。近年来,农药残留超标的事件屡见不鲜。农药残留超标不但影响国内的农产品销售,还严重影响出口贸易。国际社会拒绝不健康和有危害的食品进入市场。我国已发生了“茶叶出口”、“大葱出口”农药残留严重超标等事件。尤其是我国加入世贸组织以后,农产品出口面临着以环保和农药残留问题为中心的各种“绿色壁垒”。农产品农药残留超标,就会被拒之国门外,影响出口贸易。以盛产苹果著称的陕西省、以生产蔬菜闻名的山东省和传统的茶叶出口大省浙江,近年来因农药残留超标问题在国际市场上频遇红灯,使众多农民叫苦不迭,损失惨重。
(2)农产品农药残留超标的主要原因。农产品生产者缺乏科学使用农药的知识,片面追求产量而导致盲目、超量使用农药是目前农药残留超标的主要原因。施用高毒、禁用农药是造成食用者中毒的主要原因。高毒、高残留农药因其在农产品上使用后,毒性强,不易分解,残存时间长,造成对环境和农产品的污染,对人体健康产生不良影响,被国家列为禁用或在部分农作物上限用。2003年农业部对全国21个省23个县市的1099个农户进行的调查显示,90%的农户选购农药时优先考虑防治效果;80%农户随意丢弃废农药包装物和剩余农药;大多数农户未按安全间隔期规定采收。
目前,我国农产品的质量标准尚在初级阶段。同时,许多新的食物种类和新的农药、兽药和化学品不断投入使用,食品安全标准的制定以及与国际接轨存在滞后效应。
我国农药残留测定技术与国际先进技术已较为接近。美国食品药品管理局(FDA)的多残留方法可检测360多种农药,德国可检测325种农药,加拿大多残留检测方法可检测251种农药;而我国也开发了同时测定上百种农药的多残留快速分析技术。
由于农药的不合理使用、残留超标等问题引发的食品安全危机已经引起全世界的高度关注,在国际贸易中,以欧盟为代表的一些发达国家和组织对食品安全标准的要求也在不断提高,检测项目越来越多,检测手段越来越先进,检测技术指标越来越严格。我国加入世贸组织后,农副产品和食品的出口贸易正在经受严峻的挑战。我国人口众多,各地发展不平衡,食品安全状况与发达国家相比存在较大差距,形势严峻。我们应正视我国食品安全的现状,随着我国科学技术水平的不断发展,食品安全科技投入的不断加大,市场监督管理得到加强,全社会的食品安全意识不断增强,必将逐步建立与国际接轨的食品质量安全标准体系。