1. 研究背景
食品安全是一項需要重點關注的民生工程。目前，我國的食品安全問題仍以農獸藥殘留、緻病菌、非法添加劑等為主。其中，農藥殘留因其廣泛性、多樣性備受關注。全世界開發的農藥種類（有效成分）有1500 種以上，按其化學成分可分為有機磷類、有機氯類、拟除蟲菊酯類、氨基甲酸酯類、苯氧乙酸類、有機錫類等。農藥使用不當等原因常常造成農藥殘留超标，而農藥殘留對人體健康危害巨大，會造成急性中毒或慢性中毒，降低人體免疫力、可緻癌、緻畸和緻突變，甚至造成個體死亡，而且還會影響農産品的對外貿易，也會對環境造成嚴重的污染。
目前，農藥殘留的檢測主要分為以下幾種：（1）儀器分析方法，包括液相色譜儀、氣相色譜法等，這些方法精密度高，但儀器昂貴；（2）免疫分析方法，包括酶聯免疫吸附法(ELISA)、膠體金免疫層析法等，ELISA方法檢測通量高，但需要多步操作和洗滌，膠體金免疫層析法簡單易操作，但靈敏度不足。這些方法均不能滿足食品中痕量農藥殘留的快速靈敏檢測。因此，迫切建立一種快速、靈敏、簡便的農藥殘留檢測方法用于保障食品安全。
基于此需求，陳翊平教授課題組将啶蟲脒農藥的酶抑制特性與順磁離子轉化體系相結合，構建了一種一步混合的雙酶介導Fe2+/Fe3+磁弛豫傳感器，并将其用于果蔬樣品中啶蟲脒的快速高靈敏檢測。
2. 相關研究工作：雙酶介導的Fe2+/Fe3+磁弛豫傳感器的構建及其在農藥檢測中的應用
（1）研究方法
本工作基于農藥啶蟲脒的酶抑制特性構建了雙酶介導的Fe2+/Fe3+磁弛豫傳感體系。乙酰膽堿酯酶(AChE) 底物氯化乙酰膽堿(ACh)生成膽堿，膽堿進而被膽堿氧化酶(CHO)催化生成過氧化氫，而過氧化氫可以誘導Fe2+/Fe3+的轉化，進而引起橫向弛豫時間（T2)的變化。在該方法中，啶蟲脒能夠抑制乙酰膽堿酯酶(AChE)的活性，切斷催化反應，從而減少膽堿和過氧化氫的産生。而過氧化氫的減少，則會降低Fe2+/Fe3+的轉化程度，進而影響磁信号。因此，可以建立磁信号與啶蟲脒的相關性關系（圖1）。該傳感器具有快速、穩定、靈敏等優點，可歸結于兩個因素：(1)水溶液中的Fe2+/Fe3+均勻穩定，信号輸出穩定靈敏；(2)雙酶介導的Fe2+/Fe3+轉化的級聯反應隻需要“一步混合”，提高了檢測效率和靈敏度。
圖1 雙酶介導的Fe2+/Fe3+磁弛豫傳感器檢測啶蟲脒的原理圖
（2）實驗結果
本工作首先通過過氧化氫試紙條、高錳酸鉀氧化還原顯色和紫外光譜掃描驗證了Fe2+/Fe3+價态轉化和雙酶介導的H2O2生成體系的可行性（圖2）。在此基礎上，構建了基于Fe2+/Fe3+價态轉化的磁弛豫生物傳感器，并對氯化乙酰膽堿、乙酰膽堿酯酶和Fe2+的濃度進行了優化（圖3）。本工作進一步對啶蟲脒進行了檢測，并與分光光度法和傳統酶抑制法進行了比較。實驗結果表明，Fe2+-T2磁弛豫傳感器檢測啶蟲脒的靈敏度是分光光度法的180倍，是傳統酶抑制法的335倍（圖4）。因此，該傳感器在農藥殘留檢測方面具有良好的分析性能和應用潛力。
圖2 雙酶介導的H2O2生成體系用于Fe2+/Fe3+的轉化
圖3 Fe2+-T2傳感器實驗條件的優化及檢測乙酰膽堿酯酶。
圖4 Fe2+-T2傳感器、分光光度法、酶抑制法檢測啶蟲脒
（3）論文相關信息：
本工作發表于Journal of Hazardous Materials雜志上(Journal of Hazardous Materials, 2021, 403, 123619, IF=9.0)。
論文獲資助信息：國家自然科學基金(81671784, 31801638)和中央高校基礎研究基金(2662019PY005)的支持。
通訊作者信息：陳翊平（E- mail: chenyiping@mail.hzau.edu.cn.）
論文鍊接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123619
審核人：劉石林
