农残测试仪中生物传感器在农药检测中发挥的作用
一直以来农药在农业生产中发挥着重要的作用，而有人的不合理使用也会导致环境污染和食品、农产品中的农药残留超标，影响人类食用安全和农产品贸易。农残测试仪使用的定量分析常规方法是色谱、色谱-质谱联用等。这些方法的测定结果准确可靠，是当前也是未来的主流技术。但这些方法也存在仪器较昂贵，前处理时间较长、过程烦琐等不足。生物传感器提供了实时快速、简单便携和低成本的分析方法，可作为传统方法的预测试和补充的手段，有着较好的前景。生物传感器是一种以生物活性单元作为敏感元件，和化学、物理转换元件相结合，对被分析物具有高度选择性的现代化分析仪器。根据生物传感器中生物分子识别元件上的敏感物质的不同可分为酶传感器、免疫传感器、微生物传感器、组织传感器、基因传感器等;根据生物传感器的信号转换器，又可分为电化学传感器、光学传感器、测热型传感器、半导体传感器等。
电化学生物传感器电化学生物传感器以电化学电极为信号转换器，和酶、微生物、组织等其他生物识别元件结合组成，目前使用的较为成熟。在农药残留检测中最常用的是电化学酶传感器。电化学酶传感器原理酶电极把固定化酶和电极结合在一起(如图1所示)，
既具有对底物高度选择性的优点，又具有电化学电极的高灵敏度。当酶电极浸入被测溶液时，待测底物进入酶层发生酶促反应，产生或消耗一种可被测定的电活性物质(可氧化或可还原物质)，由电极对其响应，将化学信号转变为电信号，从而加以检测。从检测模式上，电化学酶传感器可分为电位型和电流型两类。
电流型传感器对底物浓度有较宽的线性响应，一个理想的电流型传感器应具有高度稳定性、低背景电流和快电子转移速率等特点。
电位模式电位模式的酶电极是将酶促反应所引起的物质量的变化转变成电位信号输出。电位信号与被测物浓度之间符合能斯特关系。常用离子选择电极、气敏电极(CO2、NH3)和氧化还原电极作为基础电极。电位型酶电极灵敏度不及电流型酶电极。应用用于农药残留检测的电化学传感器的分子识别元件大都为乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶。科学家知道了AChE的晶体结构，AChE催化底物乙酰胆碱的水解反应为酶的力受到有机磷(OPs)(如:马拉硫磷、对硫磷和对氧磷)和氨基甲酸酯杀虫剂(如:涕灭威、西维因、和残杀威)的抑制。电流型传感器测量的是O2、H2O等电活性物质浓度。有一种二元的电流/电位传感器，通过磷酸水解酶(OPH)来检测有机磷农药。用乌洛托品和戊二醛把OPH酶固定在金微电极上，形成电流转换器;同时用硅烷修饰EIS(电解液-绝缘体-半导体)来固定OPH酶，形成电位转换器，然后把两种转换器集成在流动注射分析系统中，所示。它只能检测到μM级的有机磷农药，但这种基于OPH的流动注射分析生物传感器有着反应时间短、能够重复使用、适合于在线检测等特点。另外，有通过对酪氨酸酶的抑制来检测农药的残留量。有人描述了一种电导型酪氨酸酶生物传感器，用4-氯酚做底物，检测了敌草隆、阿特拉津及其代谢物。检测极限达到1ppb。此类酶电极解决了酶活性难恢复的难题，降低了使用成本。(图3)
光学型生物传感器由敏感膜中生物活性成分对待测组分进行选择性的分子识别，然后再通过换能反应，把生物量转化为各种光信息，如荧光、磷光、拉曼光、化学发光和生物发光输出。其中，化学和生物发光不需要光源。它用酶法分析的特效性克服了化学发光分析选择性差的不足，从而它兼有化学发光分析的灵敏性和酶法分析的专属性。它具有探头直径小、信息传递容量大、能量损耗低和抗干扰能力强等重要优点，而且可以实现在线实时检测，已成为传感技术的重要分支。酶场效应晶体管传感器由酶膜和离子敏场效应管(ISFET)组成。如图4所示，
它把酶吸附或偶联到惰性载体上，再涂覆到FET的栅极表面。在进行测量时，酶的催化作用使待测的有机分子反应生成了场效应晶体管能够响应的离子。这种离子选择性的场效应管实为一放大器，通过该装置的电流量与外界离子的浓度成一定比例关系。一般来说，只要生化反应中能产生离子浓度包括pH值的变化，就可以借ISFET反映出来。生物传感器的主要性能指标有:选择性、灵敏度、使用寿命和检测极限等。而影响其性能的主要因素有:生物敏感元件的选择、信号转换器的类型以及生物材料的固定技术。
农残测试仪中生物传感器的选择性主要取决于敏感材料的选取，而灵敏度的高低则与转换器的类型、生物材料的固化技术等有很大的关系。因此固化技术的发展是提高传感器性能的关键因素之一。近几年来，发展了多种生物材料的固定化方法，这些方法可划分为4类，即：物理或化学吸附法、共价结合法、交联法及包埋法，各种方法各有其优缺点，正确的使用这些方法将在未来的几年中起到更大的作用。
