用于抗生素残留检测的适体传感器

抗生素具有良好的广谱抗菌活性，在畜牧业中发挥着重要作用。然而，抗生素的不合理使用造成了严重的环境污染和食品安全问题；因此，抗生素的现场检测在环境分析和食品安全评价中有很高的需求。基于适配体的传感器使用简单、准确、廉价、选择性强，适合用于环境和食品安全分析的抗生素检测。

Liang^[1]等人综述了基于适体的电化学、荧光和比色传感器在抗生素检测中的最新进展。综述了各种适体传感器的检测原理以及电化学、荧光和比色适体传感器的最新进展。讨论了不同传感器的优缺点、当前面临的挑战以及基于适配体的传感器的未来发展趋势。

抗生素是一类具有抗菌活性的天然（由高等动物、植物或微生物产生和分泌）或合成化合物。它们已广泛应用于人兽医学和畜牧业。它们是在肉类、鸡蛋和牛奶等动物产品中检测到的主要食品污染物。研究表明，畜牧业中抗生素的过度使用和误用情况严重，特别是在从事畜牧业的企业或个人中。为了提高疾病防治效果，缩短生长周期，在经济利益的驱使下，过量或违规使用功能性药物（如抗生素、镇静剂、促生长药物等）。

长期低剂量使用抗生素可增加细菌耐药性，导致“超级细菌”的出现。抗生素释放到环境中会污染水源和土壤，造成重大生态风险。抗生素残留可通过食物链（肉、蛋、奶）进入人体，危害人体健康。许多国家和国际组织都对抗生素的使用和最大残留限量（MRL）制定了相关的法规和标准。

抗生素检测方法可分为理化法、微生物法、免疫学法（即ELISA）和生物传感器法。目前，高效液相色谱法（HPLC）、气相色谱法（GC）、液相色谱-质谱法（LC-MS）、气相色谱-质谱法（GC- ms）等物理化学方法是最常用的抗生素检测方法。这些物化方法具有稳定性高、重现性好、可靠性高、检测能力强等特点。它们大大提高了分析、检测、预警和追踪食品中抗生素风险的能力。

然而，这些色谱方法存在仪器昂贵、前处理复杂耗时、对专业技术人员的要求等缺点，限制了其在抗生素现场快速分析中的应用。为了控制动物源性食品的安全问题，维护食品安全底线，对食品生产加工中抗生素残留检测的需求日益增加。因此，迫切需要开发简单、快速、特异、高灵敏度的抗生素检测技术。

图1.基于适体体的电化学传感器传感原理方案。^[1]

随着生物传感器技术的发展，适体传感器因其高灵敏度、选择性和稳定性，已发展到检测农药、重金属、抗生素、致病菌、毒素、持久性有机污染物等污染物。由于适配体对其靶标具有高亲和力和特异性，适配体生物传感器已被广泛用于抗生素检测。特别是随着对功能适配体结构的深入了解和材料科学领域的发展，分裂适配体、镍酶/信号标签、纳米材料（如纳米金、碳纳米材料、量子点、纳米氧化物和纳米酶）等元素逐渐被引入构建传感系统，显著提高了检测性能。

图2. 适体比色传感器的基本原理。^[1]

在抗生素适体筛选、适体结构（二/三级）模拟与预测、适体传感器/传感系统的构建（纳米材料或）等方面取得了重大进展。然而，也存在一些局限性，如只有少数抗生素适体被成功筛选和表征。虽然其中一些适体表现出非常高的靶标亲和力，但它们对其他抗生素也有一定程度的亲和力，当存在其他类似化合物时产生非特异性信号。特别是当靶浓度较低时，非特异性信号干扰不容忽视。因此，提高适体筛选技术的特异性或利用神经网络模型进行数据处理/数据融合，进而建立靶向性识别方法也是适体技术特异性的未来研究方向之一。

[1] Liang, G.; Song, L.; Gao, Y.; Wu, K.; Guo, R.; Chen, R.; Zhen, J.; Pan, L. Aptamer Sensors for the Detection of Antibiotic Residues— A Mini-Review. Toxics 2023, 11, 513.

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