纳米生物传感器农药残留与检测人类使用天然药物杀虫可以追溯到2000多年前，使用化学药物大约有100多年的历史。有机合成农药时代的到来是以1939年瑞士科学家缪勒(P.Mйller)发现滴滴涕的杀虫活性为标志的，他因此获得了诺贝尔医学奖(1948年)。随着农药的大量和不合理的使用，农药所造成的环境毒性问题，已引起人们的高度重视，尤其是残留农药对人体健康和环境所造成的影响越来越受到各国政府和公众的关注。农药残留量检测是微量或超微量分析，必须采用高灵敏度的检测器才能实现。由于农药品种多、化学结构和性质各异、待测组分复杂，有的还要检测其有毒代谢物、降解物、转化物等，尤其是近几年来，高效农药品种不断出现，在农产品和环境中的残留量很低，国际上对农药最高残留限量要求也越来越严格，给农药残留检测技术提出更高的要求。检测农药残留的技术有气相色谱法(GC)、液相色谱法(LC)、薄层色谱法(TLC)、超临界流体色谱(SFC)、毛细管电泳(CE)和生物监测技术(biomonitor technique)。其中生物监测技术(biomonitor technique)常用方法为生物传感器和免疫分析( IA)技术,这两种技术多用于分析氨基甲酸酯类农药，其主要优点是选择专一性和分析成本低。生物传感器：由生物识别元件和一个移动的生物活性化合物（底物）连在一起，在适当的条件下反应，经信号转换器将反应过程或反应产物所产生的物理或化学影响信号转换为电信号，最后由电子放大设备输出。例如Albareda2SirvenM等人用戊二醛交联法将乙酰胆碱酯酶固定在铜丝碳糊电极表面上,制成的生物传感器直接检测自来水和果汁中的对氧磷和克百威,其检测限分别为10 - 10 mol/L和10 - 11 mol/ L。优点如下：选择性好，灵敏度高，分析速度快，成本低，能在复杂体系中进行在线连续监测。其中纳米生物传感器指敏感部位尺寸为1-100纳米的传感器。正是由于选择专一性,使得生物传感器一次只能分析一种农药,这就与现代农药的多残留分析有所偏差,而且被测农药的种类也受到限制,但对于那些特定检测的农药其灵敏度还是相当高的。纳米材料的特殊性质为生物传感器创造了条件。当颗粒的尺寸为几十纳米时，在同一颗粒内常发现存在各种缺陷（如孪晶、界、层错、位错），还有不同的亚稳相共存，甚至存在非晶态。纳米颗粒的这种特殊类型的结构导致了它具有以下效应：小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等。纳米粒子的高比表面积、高表面活性及小尺寸等特性使它对外界环境，如温度、光、气压等十分敏感，外界环境的改变会迅速引起表面或界面粒子价态和电子运输的变化，利用其电阻的显著变化可以做成传感器。其特点是响应速度快，灵敏度高，选择性优良。关于纳米颗粒的研究很多，例如将功能性纳米颗粒（如电子性质的、光学性质的和磁性的）固定在生物大分子（如多肽、蛋白、核酸）上，可制成用于生物信号检测、信号转换和放大的传感器，其可分为声波、光学、磁性和电化学等种类的传感器。 包括（1）声波生物传感器声波生物传感器是检测待检测物质引起声波频率改变的传感器。其中，被研究最多的是石英晶体微天平生物传感器。（2）光学生物传感器纳米金属颗粒可以用于光共振检测，如通过抗原－抗体或蛋白－受体结合等方法在导电材料表面固定纳米金属颗粒团，由于纳米颗粒反射偶极子的相互作用，引起反射光的共振增强，通过检测共振信号即可探知待检测物质。纳米颗粒也可以用来定位肿瘤，荧光素标记的识别因子与肿瘤受体结合，然后在体外用仪器显示出肿瘤的大小和位置。（3）磁性生物传感器磁性纳米颗粒在生物检测和药物分析上有着重要的应用价值。通过磁性材料标记生物分子，结合分子识别技术，可以实现样品的混合、分离、检测等复杂操作。用纳米磁性颗粒标记识别因子，与肿瘤表面的靶标识别器结合后，可在体外测定磁性颗粒在体内的分布和位置，从而给肿瘤定位。（4）电化学生物传感器 胶体金是最常见的金属纳米颗粒，可以用于生物分子的标记，从而实现信号的检测和放大；此外，它还可广泛应用于TEM、SEM表征和试纸条显色等方面。纳米粒子具有极佳的比表面积，可用于生物分子的固定，能增加固定的分子数量，从而实现信号的放大。金属纳米颗粒作为催化剂的载体，可以大大提高催化剂的性能。酶－胶体金固定在电极表面，可用于H2O2、葡萄糖、黄嘌呤、次黄嘌呤等电化学检测。另外，量子点用于生物传感器的研究近来备受关注。量子点是显示量子尺寸效应的半导体纳米微晶体，其尺寸小于其相应体相半导体的波尔直径，通常在2～20 nm。量子点可用于细胞内的检测，相比于传统的荧光分子，量子点有三个主要的优点：量子点的发光波长可以简单地通过调节其直径的大小而改变，这对应用非常重要；另外，量子点的发光波长比较窄，效率较高；更为重要的是，量子点没有光漂白效应。这三个优点使量子点在生物分子探针和生物传感器领域具有巨大的应用潜力。目前关键的问题在于如何对量子点表面进行有效的生化修饰。例如基于巯基乙胺自组装单层膜的乙酰胆碱脂酶生物传感器用于农药检测即利用乙酰胆碱脂酶与含磷农药分子结合后产生的微小电流边保华来测定含磷农药的存在。光纤可以用来传递这种微小的变化。如专利光纤微Michelson干涉倏逝波化学与生物传感器及系统。纤纳米生物传感器有光纤纳米荧光生物传感器，光纤纳米免疫传感器，DNA纳米生物传感器等。参考文献：1）农药残留的现代仪器分析方法张 静 寇登民(南开大学化学学院新催化材料研究所 天津300071)2）基于巯基乙胺自组装单层膜的乙酰胆碱脂酶生物传感器用于农药检测《中国化学会第十四届有机分析及生物分析学术研讨会会议论文摘要集》 2007年陈雯娟 杜丹 李海兵 3）纳米修饰电流型酶生物传感器在农药残留分析中的应用陈雯娟 4）一种用于农药残留量检测的硅纳米线生物传感器申请号/专利号：201010228471________________________________________________________________________作者：谭琳;卢旭晓;白慧萍;杨光明;杨云慧;5）基于碳纳米管的电流型生物传感器及在农药检测中的应用研究6）Tyr/Glu/Fe3O4/Nafion/CNT/GCE酪氨酸酶生物传感器的制备及应用于农药检测的研究2010年04月07日曲云鹤，肖飞，程欲晓，施国跃，金利通7）光纤微Michelson干涉倏逝波化学与生物传感器及系统化学生传感器专题资料光盘8）纳米科技基础施利益华中理工大学出版社9）电化学与生物传感器--原理设计及其在生物医学中的应用(作者：张学记/鞠熀先/约瑟夫·王|译者:张书圣/李雪梅/杨涛出版社：化学工业10）纳米生物传感器最新研究进展中国科学院上海硅酸盐研究所

纳米生物传感器农药残留与检测

人类使用天然药物杀虫可以追溯到2000多年前，使用化学药物大约有100多年的历史。有机合成农药时代的到来是以1939年瑞士科学家缪勒(P.Mйller)发现滴滴涕的杀虫活性为标志的，他因此获得了诺贝尔医学奖(1948年)。

随着农药的大量和不合理的使用，农药所造成的环境毒性问题，已引起人们的高度重视，尤其是残留农药对人体健康和环境所造成的影响越来越受到各国政府和公众的关注。农药残留量检测是微量或超微量分析，必须采用高灵敏度的检测器才能实现。由于农药品种多、化学结构和性质各异、待测组分复杂，有的还要检测其有毒代谢物、降解物、转化物等，尤其是近几年来，高效农药品种不断出现，在农产品和环境中的残留量很低，国际上对农药最高残留限量要求也越来越严格，给农药残留检测技术提出更高的要求。

检测农药残留的技术有气相色谱法(GC)、液相色谱法(LC)、薄层色谱法(TLC)、超临界流体色谱(SFC)、毛细管电泳(CE)和生物监测技术(biomonitor technique)。

其中生物监测技术(biomonitor technique)常用方法为生物传感器和免疫分析( IA)技术,这两种技术多用于分析氨基甲酸酯类农药，其主要优点是选择专一性和分析成本低。

生物传感器：由生物识别元件和一个移动的生物活性化合物（底物）连在一起，在适当的条件下反应，经信号转换器将反应过程或反应产物所产生的物理或化学影响信号转换为电信号，最后由电子放大设备输出。

例如Albareda2SirvenM等人用戊二醛交联法将乙酰胆碱酯酶固定在铜丝碳糊电极表面上,制成的生物传感器直接检测自来水和果汁中的对氧磷和克百威,其检测限分别为10 - 10 mol/L和10 - 11 mol/ L。

优点如下：选择性好，灵敏度高，分析速度快，成本低，能在复杂体系中进行在线连续监测。其中纳米生物传感器指敏感部位尺寸为1-100纳米的传感器。

正是由于选择专一性,使得生物传感器一次只能分析一种农药,这就与现代农药的多残留分析有所偏差,而且被测农药的种类也受到限制,但对于那些特定检测的农药其灵敏度还是相当高的。

纳米材料的特殊性质为生物传感器创造了条件。当颗粒的尺寸为几十纳米时，在同一颗粒内常发现存在各种缺陷（如孪晶、界、层错、位错），还有不同的亚稳相共存，甚至存在非晶态。纳米颗粒的这种特殊类型的结构导致了它具有以下效应：小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等。纳米粒子的高比表面积、高表面活性及小尺寸等特性使它对外界环境，如温度、光、气压等十分敏感，外界环境的改变会迅速引起表面或界面粒子价态和电子运输的变化，利用其电阻的显著变化可以做成传感器。其特点是响应速度快，灵敏度高，选择性优良。关于纳米颗粒的研究很多，例如将功能性纳米颗粒（如电子性质的、光学性质的和磁性的）固定在生物大分子（如多肽、蛋白、核酸）上，可制成用于生物信号检测、信号转换和放大的传感器，其可分为声波、光学、磁性和电化学等种类的传感器。 

包括（1）声波生物传感器声波生物传感器是检测待检测物质引起声波频率改变的传感器。其中，被研究最多的是石英晶体微天平生物传感器。

（2）光学生物传感器纳米金属颗粒可以用于光共振检测，如通过抗原－抗体或蛋白－受体结合等方法在导电材料表面固定纳米金属颗粒团，由于纳米颗粒反射偶极子的相互作用，引起反射光的共振增强，通过检测共振信号即可探知待检测物质。纳米颗粒也可以用来定位肿瘤，荧光素标记的识别因子与肿瘤受体结合，然后在体外用仪器显示出肿瘤的大小和位置。

（3）磁性生物传感器磁性纳米颗粒在生物检测和药物分析上有着重要的应用价值。通过磁性材料标记生物分子，结合分子识别技术，可以实现样品的混合、分离、检测等复杂操作。用纳米磁性颗粒标记识别因子，与肿瘤表面的靶标识别器结合后，可在体外测定磁性颗粒在体内的分布和位置，从而给肿瘤定位。

（4）电化学生物传感器 胶体金是最常见的金属纳米颗粒，可以用于生物分子的标记，从而实现信号的检测和放大；此外，它还可广泛应用于TEM、SEM表征和试纸条显色等方面。纳米粒子具有极佳的比表面积，可用于生物分子的固定，能增加固定的分子数量，从而实现信号的放大。金属纳米颗粒作为催化剂的载体，可以大大提高催化剂的性能。酶－胶体金固定在电极表面，可用于H2O2、葡萄糖、黄嘌呤、次黄嘌呤等电化学检测。另外，量子点用于生物传感器的研究近来备受关注。量子点是显示量子尺寸效应的半导体纳米微晶体，其尺寸小于其相应体相半导体的波尔直径，通常在2～20 nm。量子点可用于细胞内的检测，相比于传统的荧光分子，量子点有三个主要的优点：量子点的发光波长可以简单地通过调节其直径的大小而改变，这对应用非常重要；另外，量子点的发光波长比较窄，效率较高；更为重要的是，量子点没有光漂白效应。这三个优点使量子点在生物分子探针和生物传感器领域具有巨大的应用潜力。目前关键的问题在于如何对量子点表面进行有效的生化修饰。

例如基于巯基乙胺自组装单层膜的乙酰胆碱脂酶生物传感器用于农药检测即利用乙酰胆碱脂酶与含磷农药分子结合后产生的微小电流边保华来测定含磷农药的存在。

光纤可以用来传递这种微小的变化。如专利光纤微Michelson干涉倏逝波化学与生物传感器及系统。纤纳米生物传感器有光纤纳米荧光生物传感器，光纤纳米免疫传感器，DNA纳米生物传感器等。参考文献：1）农药残留的现代仪器分析方法

张 静 寇登民(南开大学化学学院新催化材料研究所 天津300071)

2）基于巯基乙胺自组装单层膜的乙酰胆碱脂酶生物传感器用于农药检测《中国化学会第十四届有机分析及生物分析学术研讨会会议论文摘要集》 2007年陈雯娟  杜丹  李海兵  

3）纳米修饰电流型酶生物传感器在农药残留分析中的应用陈雯娟  

4）一种用于农药残留量检测的硅纳米线生物传感器申请号/专利号：201010228471

________________________________________________________________________作者：谭琳;卢旭晓;白慧萍;杨光明;杨云慧;

5）基于碳纳米管的电流型生物传感器及在农药检测中的应用研究

6）Tyr/Glu/Fe3O4/Nafion/CNT/GCE酪氨酸酶生物传感器的制备及应用于农药检测的研究2010年04月07日曲云鹤，肖飞，程欲晓，施国跃，金利通

7）光纤微Michelson干涉倏逝波化学与生物传感器及系统化学生传感器专题资料光盘

8）纳米科技基础施利益华中理工大学出版社

9）电化学与生物传感器--原理设计及其在生物医学中的应用(作者：张学记//鞠熀先//约瑟夫·王|译者:张书圣//李雪梅//杨涛出版社：化学工业

10）纳米生物传感器最新研究进展中国科学院上海硅酸盐研究所