农药可有效防治病虫害及调节植物生长，因而在农田中被广泛使用。然而，农作物在施加农药之后，农药会在农作物、土壤、环境水以及大气中长期残留。这些残留的农药一方面会造成严重的环境污染问题；另一方面会通过食物链的富集作用对人类的身体健康造成极大的威胁。因而，由农药广泛使用所带来的农药残留问题已经发展成为严重的公共卫生问题。需要特别注意的是，农药残留已经导致许多食品安全问题的发生，如导致急慢性中毒、致突变、致畸、致癌等，对人体健康危害极大。
因此发展用户友好、检测速度快、灵敏度高的农药残留检测方法变得十分重要。基于纳米材料的光学适配体传感器可以实现上述农药残留检测的要求，已被公认为农药残留检测的有力工具。因此，西南大学柑桔研究所，农业农村部柑桔及苗木质量监督检验测试中心的付瑞杰、焦必宁*、何 悦*等人就基于纳米材料的光学适配体传感器在农药残留检测中应用的最新研究进展、这一领域存在的主要挑战和未来前景进行阐述，以期促进更多优秀的研究人员致力于农药残留检测生物传感器的构建，从而为人类健康以及农业生态环境保驾护航。表1对目前检测农药残留的方法进行了简单的比较。
1、农药适配体的筛选
啶虫脒属于新烟碱类杀虫剂，被广泛用于代替有机磷和其他常规的杀虫剂，可有效防治吸允类昆虫。虽然啶虫脒对害虫的药效非常显著，但对人体具有一定的神经毒性。急性中毒主要损伤心血管系统，慢性中毒会造成神经衰弱、诱发癌症等。因此为了保护人类身体健康，对其进行高灵敏和高特异性检测是十分必要的。He Jiang等首先在2011年利用SELEX技术对啶虫脒的适配体进行了筛选，通过18 轮筛选成功获得了一条对啶虫脒专一识别的适配体序列，该适配体为49 个碱基长度（49 mer）的单链寡核苷酸，与啶虫脒之间的表观解离常数（Kd）为4.98 μmol/L。除识别单一农药分子的适配体以外，Wang Li等通过SELEX技术筛选得到可识别4 种有机磷农药的适配体，这4 种有机磷农药分别为甲拌磷、丙溴磷、氧乐果、水胺硫磷。由于该适配体可识别4 种农药分子，所以被称作为广谱适配体。
2、应用于构建光学适配体传感器检测农药残留的纳米材料的主要类型
在构建的各种光学适配体传感器中，采用的纳米材料主要分为以下两类：金属纳米材料（金纳米粒子（AuNPs）、银纳米粒子（AgNPs）、磁性纳米粒子、量子点（QDs）、上转换纳米粒子（UCNPs）等）和碳基纳米材料（碳点（CDs）、氧化石墨烯（GO）、碳纳米管等）。
3、基于纳米材料构建的光学适配体传感器在农药残留检测方面的应用
随着性能优良的纳米材料不断涌现和农药分子适配体筛选工作的不断进行，越来越多检测农药残留的研究被报道（表3）。
比色适配体传感器
比色适配体传感器由于其易于操作、低成本，且易于用肉眼观察结果的显著优点而受到研究者的青睐。在众多纳米材料中，AuNPs、AgNPs和纳米酶常被用于比色适配体传感器的构建。其中AuNPs和AgNPs的表观颜色可在其表面性质发生改变之后产生相应的变化。适配体可对AuNPs和AgNPs的“分散/聚集”状态进行有效调控，从而实现农药分子的比色检测。纳米酶具有优异的催化性能，可催化底物如3,3’,5,5’-四甲基联苯胺（TMB）、2,2’-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)（ABTS）和邻苯二胺氧化显色，分别生成蓝色、绿色和黄色的氧化产物。适配体可对纳米酶的催化性能进行调控，从而实现农药残留的可视化检测。
荧光适配体传感器
荧光适配体传感器主要是基于适配体在与目标物结合或是其他反应过程中，体系荧光性能的变化与目标物浓度呈现一定的关系从而用于目标分子的定量检测。荧光物质包括传统有机荧光染料、CDs、QDs、UCNPs等纳米荧光材料。与其他检测方法相比，荧光传感器具备灵敏度较高、响应快、可灵活设计等优点。目前，得益于适配体领域的蓬勃发展，应用于农药残留检测的荧光适配体传感器也得到相应发展。
SERS适配体传感器
SERS效应是指在特殊制备的一些金属良导体表面或溶胶中，在激发区域内由于样品表面或近表面的电磁场的增强导致吸附分子的拉曼散射信号比普通拉曼散射信号大大增强的现象。基于SERS构建的适配体传感器可以实现对目标物的跟踪检测，而且，其还具有灵敏度高、特异性强、快速、简捷的特点，在诸如农药、真菌毒素等小分子检测方面倍受关注。
化学发光适配体传感器
化学发光是物质在进行化学反应过程中伴随的一种光辐射现象。化学发光检测技术具有灵敏性高、检测限低、线性范围广、响应速度快的优点，被广泛应用于食品安全、环境监测及医疗诊断等领域。
结 语
虽然，目前不断涌现的适配体传感器在检测农药残留方面取得了不俗的成就，但是其仍存在一些不足，需要进一步完善。1）农药种类繁多，而目前针对农药的核酸适配体种类还不齐全。而且有些筛选出来的适配体特异性不强，不能从众多干扰物中对目标农药进行有效识别。因此广大科研工作者需要进一步加强农药适配体的筛选工作。2）一些纳米材料具有毒性，这限制了它们在农药残留检测方面的应用。因此仍需要开发低毒性的多功能纳米材料，以实现生物传感器的环境友好性。3）由于检测的不同农药分子对生物传感设备的要求不同，使生物传感器的商业化应用受到限制。因此广大研究者仍需进一步努力，开发可以实现商业化应用的传感器。4）通常农产品及食品样品的组成复杂，对其进行农药检测时常受到其他成分的干扰。因此，需要进一步提高这些传感器的抗干扰能力。
总之，广大研究者需要摆脱固有思维的桎梏，实现多学科的系统结合，从而对构建光学适配体传感器的策略不断创新，进而研究出更完美的农药检测手段。
本文《基于纳米材料的光学适配体传感器在农药残留检测中的应用研究进展》来源于《食品科学》2021年42卷3期330-338页，作者：付瑞杰，周静，田风玉，焦必宁，何悦。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20200107-083。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
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修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅
图片来源于文章原文及摄图网
为了深度发掘我国农产品的巨大潜在价值，增强农产品在国际国内市场上的竞争力，以市场需求为牵引，开发真正健康安全、环境友好、资源节约、绿色低碳的功能食品，北京食品科学研究院和中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志将与北京中酿杂志社《中国酿造》杂志、北方民族大学、宁夏大学、国家枸杞工程技术研究中心共同于 2021年5月8-9日 举办“农产品精深加工与功能食品资源开发国际论坛”。
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