食品与环境中抗生素检测的新进展：传感器与纳米材料的结合

近年来，抗生素的滥用导致土壤和水环境的污染，不仅家禽养殖和食品制造业会受到不同程度的影响，而且人体也会产生抗体。对生产和生活中的抗生素含量进行检测势在必行。Sun^[1]等人综述了化学传感器和生物传感器在抗生素检测中的应用们将目前报道的抗生素检测技术分为色谱法、质谱法、毛细管电泳法、光学检测法和电化学检测法，并介绍了每种技术的代表性例子，总结了它们的优点和局限性。特别对基于纳米材料的光学和电化学方法进行了详细的讨论和评价。

此外，还讨论了光敏材料检测抗生素的最新研究进展。最后，我们总结了各种抗生素检测方法的优缺点，并对交叉科学领域的扩展进行了讨论和展望。讨论并展望了光电纳米材料的合成、应用及适配体的筛选，概述了生物传感器在抗生素检测中的未来发展趋势和潜在影响。

抗生素是一些微生物在生命过程中产生的一类化学物质，能抑制或杀死其他一些致病微生物，具有抑菌或杀菌作用。它们可分为β-内酰胺类抗生素（BLCs）、大环内酯类抗生素、氟喹诺酮类抗生素（FQs）、氨基糖苷类抗生素（AGSs）、四环素类抗生素（TCs）、酚类抗生素和磺胺类抗生素（SAs），主要用于治疗微病原体引起的感染，常用于植物和牲畜的细菌生长预防。

此外，它们还可用于医疗领域，如呼吸道感染、骨科、外科、神经系统疾病，甚至癌症治疗。然而，在集约化养殖中过度使用抗生素会产生过敏反应、肝功能受损和耳毒性等不良反应，对人类健康构成潜在威胁。因此，高效检测微量抗生素对于研究抗生素的环境残留、代谢和环境效应具有重要意义。因此，特别是在食品和水环境中，找到一种合适的方法来测量抗生素的含量，以确保生产和生活的安全是非常重要的。

图1. 核壳聚合物的合成及CSMISPE-HPLC-UV检测巴氏奶中LIN残留的过程示意图。^[1]

近年来，高效液相色谱法（HPLC）、质谱法（MS）、毛细管电泳法（CE）等微量抗生素检测的分析技术得到了广泛的发展，检出限低，准确度和精密度高。然而，这些技术仍然存在仪器昂贵、预处理过程复杂等缺点。因此，需要方便、低成本、高精度、灵敏度高的检测方法，如比色法、荧光法、电化学法、化学发光法、电化学发光法、光电化学法等。

其中，光电化学技术因其灵敏度高、特异度高、背景电流小等优点开始受到人们的关注，而核酸适体在其中起着不可或缺的作用。DNA适体是一种人工合成的寡核苷酸序列，具有很高的特异性和活性，可以与靶分子结合。

早在1990年，Ellington等人建立了从核酸文库中人工获取适配体的策略，适配体在细胞成像、新药开发、疾病治疗、微生物检测等诸多方面发挥了重要作用。与抗体或受体蛋白相比，DNA适体价格低廉，易于合成和混合，热稳定性好，缺乏免疫原性和无毒性。

图2. 双通道内标同时电位检测链霉素和卡那霉素的适体传感器示意图。^[1]

与免疫传感器相比，适体的应用和发展为抗生素检测开辟了一条新的途径，使检测成本更低，过程更快、更容易。同时，该适体为单链序列，因此具有优异的热稳定性、敏感性和特异性。此外，将功能性DNA或RNA短链与抗生素检测联系起来也是一个很有前景的研究方向。核酸层结合需要通过某种扩增方法来反映测量结果。PCR和HCR可以在短时间内轻松进行数万倍的信号扩增，效率高，省力。

但也存在挑战：首先，SELEX是否筛选具有所需捕获率的适配体？目标获取的准确性越高，抗生素检测的检出限越低。其次，荧光检测最容易出现假阳性。需要进一步的研究来提高检测的准确性。因此，对于未来的发展趋势，第一步是创新方法，希望能够更实时地检测多种抗生素。此外，光电材料的正确选择保证了测试的准确性和效率。此外，信号的可视化也很重要，通过与人工智能的互联应用，可以形成物联网。

[1] Sun, Y., Zhao, J. & Liang, L. Recent development of antibiotic detection in food and environment: the combination of sensors and nanomaterials. Microchim Acta 188, 21 (2021).

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