分子印迹仿生传感器及其在食品安全检测中的应用

分子印迹技术是仿照抗原-抗体、酶-底物间特异性的结合作用来制备对特定分子具有选择识别能力聚合物的1种有效的化学合成手段。在传感领域,分子印迹聚合物正逐渐成为生物大分子材料的替代品,作为传感器的识别元件,从而克服传统的生物传感器的不足,构建具有环境稳定性好,制备成本低的分子印迹仿生传感器。本文介绍分子印迹技术的基本原理以及分子印迹仿生传感器的制备方法,并对其在食品安全检测领域中的应用进行评述。     

分子印迹技术在分析检测领域的应用

分子印迹,属于超分子化学研究的范畴,是指以目标分子为模板,制备对该分子有特异选择性识别的聚合物的过程。分子印迹聚合物以其结构预定性、特异识别性和实用性的特点,引起了全世界范围的关注。因其具有与天然抗体同样的识别性能和与高分子同样的抗腐蚀性能的双重优点,因而广泛应用于生物工程、临床医学、环境监测、食品工业等众多领域。本文综述了分子印迹技术的发展历程,分子印迹聚合物的制备原理及方法以及在固相萃取、色谱分离、膜分离以及传感器领域的应用。色谱分离领域中对分子印迹在高效液相色谱、薄层色谱和毛细管电泳,以及传感器领域中分别对分子印迹光学传感器和电化学传感器的应用现状进行了阐述,最后对该技术进行了展望。     

分子印迹技术在药物残留检测中的应用

作为一种新型、高效的分离与分子识别技术,分子印迹因其制备简单、特异性识别能力强、具有较好的化学和物理稳定性,近几年广泛应用在药物残留检测领域。本文重点对分子印迹技术在固相萃取、色谱分离、膜分离和传感器等方面的研究进行了总结,并分析目前该技术存在的缺点和改进方向,为更好地将分子印迹技术应用于药物残留分析提供了参考。     

分子印迹技术在农药残留检测中的应用进展

分子印迹技术是一种由模板、功能单体和交联剂制备的高分子功能材料以展示其选择性分子识别行为的技术,因为其具有专一识别性、预定性和实用性等特点,广泛应用于农药残留检测中。本文概括了分子印迹技术的基础理论、分子聚合物的制备以及该技术在农药残留检测中的应用,其中主要包括分子印迹在固相萃取、色谱固定相、固相微萃取、分子印迹膜和传感器等方面的应用,并对其发展趋势进行了展望。近几年,分子印迹技术与磁性分子、纳米材料、荧光分子、传感器等应用技术结合,期待在分子印迹固有特异性识别带来的高灵敏度基础上,实现快速检测技术的突破,解决现有农残速测仪所测农药品种受限、假阳性高、定量难等缺点,真正实现高通量快速痕量检测。     

基于不同识别元件的表面等离子体共振技术在食品安全检测中的研究进展

表面等离子体共振（surface plasmon resonance,SPR）技术传感器具有灵敏度高、无需标记、简单、成本低、可实时监测等优点,已在生命科学、新药研发、食品安全、环境污染检测等方面得到了广泛应用。而识别元件是SPR传感器的重要组成部分,它决定检测的专一性及灵敏度,因此识别元件的研究与发展至关重要。本文分别综述了以抗体、适配体、分子印迹聚合物、蛋白质、肽、酶为识别元件的SPR传感器在食品安全检测中近10 年来的研究进展;重点分析了不同识别元件在SPR技术中的特点和优势;提出了今后SPR技术在食品安全检测中的技术难点及新应用前景。     

联苯三唑醇分子印迹电化学传感器的制备及识别性能研究

以联苯三唑醇为模板分子,通过电聚合邻苯二胺,在玻碳电极表面制备了对模板分子具有特异识别的分子印迹电化学传感器。实验选用铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])作为电活性探针,采用循环伏安法(CV)和差分脉冲伏安法(DPV)研究了该传感器的电化学特性,并且优化了制备条件,研究了印迹传感器对模板分子及其结构类似物的选择性响应。结果表明:在最佳聚合条件下,p H=7.2,模板分子:功能单体=1:4(c/c),聚合圈数15圈,洗脱时间为13 min,洗脱剂:0.5 mol/L硫酸:乙腈=1:9(V/V),连续洗脱10次之后,相对标准偏差为5.2%,且传感器性能无衰减现象。该分子印迹电化学传感器灵敏度高,抗干扰能力强,对联苯三唑醇及其结构类似物具有良好的选择性响应,可以对结构类似物分别进行测定,为快速检测食品中联苯三唑醇奠定了基础。     

分子识别在分离科学中的应用

分子识别引导着所有生理过程中大分子间的选择性相互作用。分子识别材料由原来的天然化合物逐步向仿生聚合物等人工受体化合物发展。分子识别应用于亲和色谱、固相萃取、膜分离技术极大地促进了分离效率的提高和一些复杂物质的拆分。目前,分子识别进一步被用于临床药物分析、模拟酶催化以及化学仿生传感器,为定性分离和设计提供更多的信息,也为加速分子发现提供潜能。     

用于快速检测沙丁胺醇的分子印迹传感器的制备及其在食品检测中的应用

首先通过电沉积纳米金,电聚合聚硫堇对玻碳电极表面进行了修饰,之后利用沙丁胺醇为模板分子,通过电聚合α-甲基丙烯酸,制备了一种选择性具有特异识别功能的纳米金/聚硫堇/沙丁胺醇分子印迹电化学传感器。实验采用循环伏安法和差分脉冲法,对不同的修饰电极进行了表征,优化电极的制备和测定条件,研究了印迹传感器对模板分子的选择性响应。结果表明:最佳制备条件下,模板分子:功能单体=1:4,聚合15圈,以0.5 mmol/L硫酸:乙腈(1:9,V/V)洗脱10 min,在pH=7.0的PBS溶液中进行DPV检测,线性范围为2.0×10~(-7)~1.0×10~(-4) mol/L,检测限为6.0×10~(-8) mol/L,S/N=3。该传感器灵敏度高,抗干扰能力强,重现和稳定性好。利用制备的分子印迹电化学传感器对食品中的沙丁胺醇进行了测定,回收率在86.5%~111.9%(n=3),结果令人满意。     

硅胶表面替代模板接枝制备克伦特罗分子印迹聚合物

先在硅胶表面接枝偶氮活性基团,在此基础以去氧肾上腺素(Phenylephrine,PE)为替代模板分子、丙烯酰胺(Acrylamide,AM)为功能单体在其表面合成具有特定识别克伦特罗(Clenbuterol,CLB)分子印迹聚合物。计算机分子模拟确定了功能单体与模板分子最佳比例为3:1;对各步合成的硅胶进行了表征证明成功合成了聚合物;通过对比不同反应条件下所得聚合物对CLB吸附率筛选出了最佳聚合反应条件(65℃,12 h);对不同浓度梯度CLB标准液进行高效液相色谱分析,绘制出标准曲线,并以此分别测定CLB标准液低速流入所合成聚合物为填料的固相萃取柱的浓度差计算聚合物的吸附率;最后通过对比不加模板所合成聚合物和硅胶对CLB的吸附率,证明了所合成聚合物具有特异识别CLB能力。合成的聚合物可用于检测克伦特罗时的样品前处理,或作为传感元件进一步研发快速检测克仑特罗的传感器。     

分子印迹-适配体技术在食品安全检测中的研究进展

食品安全对人体健康和生态系统都至关重要，构建快速、便捷、准确、灵敏的检测方法，对于保护人类健康和维护生态平衡具有重要的理论意义和应用价值。分子印迹聚合物作为人工合成的化学受体，可以高亲和力选择性地识别目标分子。适配体是长度为10～50个核苷酸的单链DNA(ssDNA)或RNA，可以针对不同的目标分子进行筛选，易于化学修饰。两者结合的分子印迹-适配体技术具有灵敏度高、选择性高、检测限低、抗干扰性强等优点。本文评述了近年来分子印迹-适配体双重识别技术在食品安全检测中的应用，着重介绍不同分子印迹-适配体传感器对非法添加剂、过敏原、真菌霉素、杀虫剂和兽药的检测进展，并且简要阐述了各种修饰材料的优点、局限性和分子印迹-适配体技术发展前景。     

Delaying investments in sensor technology: The rationality of dairy farmers' investment decisions illustrated within the framework of real options theory

The adoption rate of sensors on dairy farms varies widely. Whereas some sensors are hardly adopted, others are adopted by many farmers. A potential rational explanation for the difference in adoption may be the expected future technological progress in the sensor technology and expected future improved decision support possibilities. For some sensors not much progress can be expected because the technology has already made enormous progress in recent years, whereas for sensors that have only recently been introduced on the market, much progress can be expected. The adoption of sensors may thus be partly explained by uncertainty about the investment decision, in which uncertainty lays in the future performance of the sensors and uncertainty about whether improved informed decision support will become available. The overall aim was to offer a plausible example of why a sensor may not be adopted now. To explain this, the role of uncertainty about technological progress in the investment decision was illustrated for highly adopted sensors (automated estrus detection) and hardly adopted sensors (automated body condition score). This theoretical illustration uses the real options theory, which accounts for the role of uncertainty in the timing of investment decisions. A discrete event model, simulating a farm of 100 dairy cows, was developed to estimate the net present value (NPV) of investing now and investing in 5 yr in both sensor systems. The results show that investing now in automated estrus detection resulted in a higher NPV than investing 5 yr from now, whereas for the automated body condition score postponing the investment resulted in a higher NPV compared with investing now. These results are in line with the observation that farmers postpone investments in sensors. Also, the current high adoption of automated estrus detection sensors can be explained because the NPV of investing now is higher than the NPV of investing in 5 yr. The results confirm that uncertainty about future sensor performance and uncertainty about whether improved decision support will become available play a role in investment decisions.     

Using an electronic nose for determining the spoilage of vacuum-packaged beef

The use of an electronic nose in the quantitative determination of the degree of spoilage of vacuum-packaged beef was evaluated. Beef from four different slaughterhouses was sliced, vacuum-packaged and stored at 4 degrees C for 8 weeks. Samples were withdrawn for bacterial (aerobic bacteria, lactic acid bacteria, Brochothrix thermosphacta, Pseudomonas and Enterobacteriaceae) and sensorial analyses and analysis of the volatile compounds during the storage period. A trained panel was used for the sensorial evaluations. The volatile compounds were analysed using an electronic nose containing a sensory array composed of 10 metal oxide semiconductor field-effect transistors, four Tagushi type sensors and one CO2-sensitive sensor. Four of the 15 sensors were excluded due to lack of response or overloading. Partial least-squares regression was used to define the mathematical relationships between the degree of spoilage of vacuum-packaged beef, as determined by the sensory panel, and the signal magnitudes of the sensors of the electronic nose. The mathematical models were validated after 6 months using a new set of samples. The stability of the sensors during this period was examined and it was shown that the sensitivity of five of the 11 sensors used had changed. Using the six remaining sensors, the signal patterns obtained from the meat from the different slaughterhouses did not change over a period of 6 months. It was shown that the degree of spoilage, as calculated using a model based on two Tagushi sensors, correlated well with the degree of spoilage determined by the sensory panel (r2 = 0.94).     

电子舌技术背景与研究进展

介绍了电子舌的概念、基本结构及其发展历史,重点讨论了电子舌系统的技术背景。电子舌通常由三大部分组成,一是传感器阵列,包括PVC薄膜传感器阵列、Langmuir-Blodgett修饰膜传感器阵列、硫属玻璃传感器阵列等;二是模式识别方法,如主成分分析法、人工神经网络法、偏最小二乘法、简单优劣判别分析法等;三是相关的专家自学习系统。还介绍了作者近年来研究实现的新型多频脉冲电子舌——智舌（Smartongue）系统,并对电子舌发展的整体方向和趋势作了展望,强调电子舌等智能感觉系统将成为分析科学及其它学科领域中一类具有广阔发展前景的思路与技术。     

纤维素基柔性压力传感器及其性能表征

利用3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPS)对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行改性,通过水浴成型制备形状可逆的纤维素/MWCNTs空间导电网络并用作柔性压力传感器;利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)对压力传感器的性能进行表征,探讨了MPS改性MWCNTs的结合牢度及该压力传感器的力学性能和灵敏度。结果表明,MPS改性MWCNTs可均匀分散在纤维素基材表面,使得传感器结构中羟基和C—H单元增多,但对基材的结晶结构影响不显著;含10 wt%MPS改性MWCNTs的压力传感器经20次洗涤后的电阻值较洗涤前仅提高了7.7%,导电性能略微降低;当应变量为55%、MPS改性MWCNTs含量由1 wt%增至10 wt%时,压力传感器所需应力提高了180.3%,达87.2 kPa;压力传感器的灵敏度总体随着MPS改性MWCNTs含量的增加而提高,当MPS改性MWCNTs含量为10 wt%时,外界压强从0提高至30 kPa会使压力传感器电阻值降低63.2%。     

Carbon Dioxide (CO2) Sensors for the Agri-food Industry—A Review

In the food and agricultural industry, sensors are being used for process control, monitoring quality, and assessing safety. There is a growing demand for carbon dioxide (CO₂) sensors in the bulk food storage sector, because CO₂ sensors can be used to detect incipient spoilage and to assess CO₂ levels in modified-atmosphere packages and storage structures. The market potential for reliable and inexpensive CO₂ sensors is huge because of a wide range of applications in the agri-food industry. This review synthesizes information about the types of CO₂ sensors, analyzes their detection processes, provides a broad overview of the innovative research on the development of sensors, sensing mechanisms, and their characteristics, and outlines future possibilities for use of CO₂ sensors.     

防走失服饰中导航传感器性能评价方法的研究

为了科学系统地选择出适用于不同类型防走失服饰的导航传感器,引入美观性、经济性、舒适性、智能性、导航性能、可靠性、安全性等评价指标,运用层次分析法建立了防走失服饰导航传感器的综合评价体系,采用专家打分法对wifi、蓝牙(iBeacon)、基站定位、GPS、Zigbe、A-GPS等10种导航传感器进行了评分。研究结果表明:防走失服饰必须具备的导航传感器为GPS、A-GPS、基站定位,基站定位可进行通信导航一体化设计。ZigBee、蓝牙(iBeacon)均可解决GPS、基站定位信号较弱场景下的定位问题,可二者择一配备在防走失服饰中。防走失服饰导航传感器的性能评价体系具有较好的可行性,对防走失服饰中导航传感器的选择具有一定的指导意义。     

电子鼻无损检测柑橘成熟度的实验研究

电子鼻技术在水果的无损检测中得到了不断的研究与发展。文中运用电子鼻对柑橘的成熟度进行了无损检测分析,建立了电子鼻响应与成熟度之间的关系,证明了建立在化学传感器和模式识别软件上的电子鼻能够检测区分不同成熟度的柑橘。同时,研究表明电子鼻传感器阵列可以得到进一步的优化,文中也为这种优化提供了一个具体的实例,这为进一步进行电子鼻的检测商业化提供一个依据。     

基于电容传感器的醋酸纤维含油率检测

为低成本在线检测醋酸纤维含油率,设计了醋酸纤维含油率在线测试实验装置,利用2个电容传感器（0号传感器和1号传感器）分别检测上油前后的醋酸纤维丝束,再根据2个传感器的输出电压差值计算纤维含油率。试验分2进行：第1步为标定传感器;第2步为通过改变上油辊的转速改变醋酸纤维丝束所含的乳液量,并测试传感器输出电压的变化。结果表明：电容传感器的输出电压与无油纤维丝束的线密度成正比;对于一定浓度的乳液,1号电容传感器的输出电压与丝束携带的乳液量正相关。建立了含油率与2个电容传感器输出电压之间的二次函数关系式,应用该式估算的醋酸纤维含油率与烘干称重法得到的纤维含油率之差小于5.2%。     

微生物检测技术及其在食品安全中的应用

介绍了微生物免疫学、分子生物学、生理生化代谢产物、自动化仪器、生物传感器等检测技术的原理和特点,举例说明了食源性病原菌免疫学、核酸探针技术、PCR技术、生物芯片技术、生物传感器检测技术在食品安全检测中的一些应用,通过对比指出生物芯片技术、生物传感器检测技术是今后微生物检测技术发展的方向.     

纳米传感器检测重金属离子的研究进展

近年来各类重金属离子污染受到广泛关注。传统的重金属离子监测体系主要依赖于专业的仪器设备,操作费时、设备昂贵、现场快速检测的及时性差、难以满足当前检测工作的需要。鉴于重金属离子检测分析的重要性和紧迫性,寻求简单、快捷的检测方法具有重大的现实意义。随着纳米技术的飞速发展,把纳米材料与光学、电化学、生物学及材料技术结合构建的纳米传感器促进了重金属离子检测技术的快速发展。本文对近几年来常用的几种纳米传感器在重金属检测应用中的研究进展进行了综述,包括:纳米光学传感器、纳米电化学传感器、纳米生物传感器等。本文对基于纳米传感器的检测手段进行了讨论和展望,旨在为重金属离子检测研究的发展提供参考。