1. 研究背景

食品安全是一项需要重点关注的民生工程。目前，我国的食品安全问题仍以农兽药残留、致病菌、非法添加剂等为主。其中，农药残留因其广泛性、多样性备受关注。全世界开发的农药种类（有效成分）有1500 种以上，按其化学成分可分为有机磷类、有机氯类、拟除虫菊酯类、氨基甲酸酯类、苯氧乙酸类、有机锡类等。农药使用不当等原因常常造成农药残留超标，而农药残留对人体健康危害巨大，会造成急性中毒或慢性中毒，降低人体免疫力、可致癌、致畸和致突变，甚至造成个体死亡，而且还会影响农产品的对外贸易，也会对环境造成严重的污染。

目前，农药残留的检测主要分为以下几种：（1）仪器分析方法，包括液相色谱仪、气相色谱法等，这些方法精密度高，但仪器昂贵；（2）免疫分析方法，包括酶联免疫吸附法(ELISA)、胶体金免疫层析法等，ELISA方法检测通量高，但需要多步操作和洗涤，胶体金免疫层析法简单易操作，但灵敏度不足。这些方法均不能满足食品中痕量农药残留的快速灵敏检测。因此，迫切建立一种快速、灵敏、简便的农药残留检测方法用于保障食品安全。

基于此需求，陈翊平教授课题组将啶虫脒农药的酶抑制特性与顺磁离子转化体系相结合，构建了一种一步混合的双酶介导Fe²⁺/Fe³⁺磁弛豫传感器，并将其用于果蔬样品中啶虫脒的快速高灵敏检测。

2. 相关研究工作：双酶介导的Fe²⁺/Fe³⁺磁弛豫传感器的构建及其在农药检测中的应用

（1）研究方法

本工作基于农药啶虫脒的酶抑制特性构建了双酶介导的Fe²⁺/Fe³⁺磁弛豫传感体系。乙酰胆碱酯酶(AChE) 底物氯化乙酰胆碱(ACh)生成胆碱，胆碱进而被胆碱氧化酶(CHO)催化生成过氧化氢，而过氧化氢可以诱导Fe²⁺/Fe³⁺的转化，进而引起横向弛豫时间（T₂)的变化。在该方法中，啶虫脒能够抑制乙酰胆碱酯酶(AChE)的活性，切断催化反应，从而减少胆碱和过氧化氢的产生。而过氧化氢的减少，则会降低Fe²⁺/Fe³⁺的转化程度，进而影响磁信号。因此，可以建立磁信号与啶虫脒的相关性关系（图1）。该传感器具有快速、稳定、灵敏等优点，可归结于两个因素：(1)水溶液中的Fe²⁺/Fe³⁺均匀稳定，信号输出稳定灵敏；(2)双酶介导的Fe²⁺/Fe³⁺转化的级联反应只需要“一步混合”，提高了检测效率和灵敏度。

图1 双酶介导的Fe²⁺/Fe³⁺磁弛豫传感器检测啶虫脒的原理图

（2）实验结果

本工作首先通过过氧化氢试纸条、高锰酸钾氧化还原显色和紫外光谱扫描验证了Fe²⁺/Fe³⁺价态转化和双酶介导的H₂O₂生成体系的可行性（图2）。在此基础上，构建了基于Fe²⁺/Fe³⁺价态转化的磁弛豫生物传感器，并对氯化乙酰胆碱、乙酰胆碱酯酶和Fe²⁺的浓度进行了优化（图3）。本工作进一步对啶虫脒进行了检测，并与分光光度法和传统酶抑制法进行了比较。实验结果表明，Fe²⁺-T₂磁弛豫传感器检测啶虫脒的灵敏度是分光光度法的180倍，是传统酶抑制法的335倍（图4）。因此，该传感器在农药残留检测方面具有良好的分析性能和应用潜力。

图2 双酶介导的H₂O₂生成体系用于Fe²⁺/Fe³⁺的转化

图3 Fe²⁺-T₂传感器实验条件的优化及检测乙酰胆碱酯酶。

图4 Fe²⁺-T₂传感器、分光光度法、酶抑制法检测啶虫脒

（3）论文相关信息：

本工作发表于Journal of Hazardous Materials杂志上(Journal of Hazardous Materials, 2021, 403, 123619, IF=9.0)。

论文获资助信息：国家自然科学基金(81671784, 31801638)和中央高校基础研究基金(2662019PY005)的支持。

通讯作者信息：陈翊平（E- mail: chenyiping@mail.hzau.edu.cn.）

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123619

审核人：刘石林