雙通道光纖LSPR生物傳感器：有機(jī)磷農(nóng)藥樂(lè)果與三聚氰胺檢測(cè)的創(chuàng)新突破一、引言1.1研究背景與意義1.1.1有機(jī)磷農(nóng)藥樂(lè)果和三聚氰胺檢測(cè)的必要性有機(jī)磷農(nóng)藥作為一類高效、廣譜的殺蟲(chóng)劑，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，對(duì)保障農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量發(fā)揮著重要作用。樂(lè)果作為有機(jī)磷農(nóng)藥的典型代表，具有較強(qiáng)的內(nèi)吸性和觸殺性，能有效防治多種害蟲(chóng)。然而，樂(lè)果的不合理使用，如過(guò)量施用、未遵守安全間隔期等，導(dǎo)致其在農(nóng)產(chǎn)品中的殘留問(wèn)題日益嚴(yán)重。這些殘留的樂(lè)果不僅會(huì)對(duì)土壤、水源等生態(tài)環(huán)境造成污染，破壞生態(tài)平衡，還會(huì)通過(guò)食物鏈的富集作用進(jìn)入人體。有機(jī)磷農(nóng)藥進(jìn)入人體后，會(huì)對(duì)體內(nèi)膽堿酯酶的活性產(chǎn)生抑制作用，形成磷?；憠A酯酶，使其失去催化水解乙酰膽堿的能力，導(dǎo)致大量乙酰膽堿在體內(nèi)蓄積，進(jìn)而引發(fā)中毒癥狀，如頭暈、惡心、嘔吐、呼吸困難等，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)＜吧Ｈ矍璋肥且环N重要的有機(jī)化工原料，常用于制造塑料、樹(shù)脂、涂料等產(chǎn)品。但在2008年，中國(guó)爆發(fā)了震驚全國(guó)的三鹿嬰幼兒?jiǎn)栴}奶粉事件，原因是奶粉中被非法添加了三聚氰胺，導(dǎo)致眾多嬰幼兒患上腎結(jié)石病癥。這一事件讓三聚氰胺的危害受到廣泛關(guān)注。由于食品和飼料工業(yè)蛋白質(zhì)含量測(cè)試方法存在缺陷，不法商人常將三聚氰胺用作食品添加劑，以提升食品檢測(cè)中的蛋白質(zhì)含量指標(biāo)，被稱為“蛋白精”。三聚氰胺被認(rèn)為毒性輕微，然而長(zhǎng)期或反復(fù)大量攝入可能對(duì)腎與膀胱產(chǎn)生影響，導(dǎo)致產(chǎn)生結(jié)石。對(duì)孕婦和嬰兒來(lái)說(shuō)，攝入三聚氰胺可能導(dǎo)致胚胎發(fā)育異常和嬰兒神經(jīng)系統(tǒng)的損傷。此外，三聚氰胺具有穩(wěn)定性和水溶性，一旦進(jìn)入土壤或水中，很難降解和分解，會(huì)對(duì)水生生物和土壤微生物造成毒害，破壞生態(tài)平衡，還可能通過(guò)農(nóng)作物的吸收進(jìn)入人類食物鏈。鑒于有機(jī)磷農(nóng)藥樂(lè)果和三聚氰胺對(duì)環(huán)境、生物和人類健康的嚴(yán)重危害，建立快速、準(zhǔn)確、靈敏的檢測(cè)方法迫在眉睫。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法如色譜法，雖然定量準(zhǔn)確、靈敏度高，但所需設(shè)備昂貴，需要專業(yè)人員操作，且分析時(shí)間長(zhǎng)，不利于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和快速篩查；免疫分析技術(shù)雖然具有較高的特異性和靈敏度，但存在抗體制備難度大、試劑盒成本高、只能檢測(cè)單一有機(jī)磷農(nóng)藥等局限性。因此，開(kāi)發(fā)一種新型的檢測(cè)技術(shù)對(duì)于保障食品安全、保護(hù)環(huán)境和維護(hù)人類健康具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.1.2雙通道光纖LSPR生物傳感器的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)雙通道光纖LSPR生物傳感器基于貴金屬納米粒子的局域表面等離子體共振（LSPR）效應(yīng)，具有獨(dú)特的生物光學(xué)特性，為有機(jī)磷農(nóng)藥樂(lè)果和三聚氰胺的檢測(cè)提供了新的解決方案。與傳統(tǒng)檢測(cè)方法相比，該傳感器在多個(gè)方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。在靈敏度方面，LSPR效應(yīng)使得傳感器對(duì)周圍環(huán)境折射率的變化極為敏感。當(dāng)目標(biāo)分子與修飾在貴金屬納米粒子表面的探針?lè)肿影l(fā)生特異性結(jié)合時(shí)，會(huì)引起局部折射率的改變，進(jìn)而導(dǎo)致LSPR波長(zhǎng)的顯著位移，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)極低濃度的樂(lè)果和三聚氰胺的檢測(cè)，其檢測(cè)限可達(dá)到ng/kg級(jí)甚至更低水平，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了傳統(tǒng)光譜法等只能檢測(cè)mg/kg級(jí)別的靈敏度，極大地提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)食品和環(huán)境中微量的有害物質(zhì)。從便捷性來(lái)看，該傳感器體積小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，易于集成，可實(shí)現(xiàn)小型化和便攜化。采用光纖作為信號(hào)傳輸介質(zhì)，能夠方便地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，無(wú)需復(fù)雜的樣品前處理過(guò)程，大大縮短了檢測(cè)時(shí)間，提高了檢測(cè)效率，特別適合在基層檢測(cè)機(jī)構(gòu)、農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、食品加工企業(yè)等場(chǎng)所進(jìn)行快速篩查和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為及時(shí)采取措施控制污染提供了有力支持。實(shí)時(shí)性也是該傳感器的一大突出優(yōu)勢(shì)?；贚SPR效應(yīng)的檢測(cè)過(guò)程是實(shí)時(shí)進(jìn)行的，能夠動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)目標(biāo)分子與探針?lè)肿拥慕Y(jié)合過(guò)程，通過(guò)實(shí)時(shí)記錄LSPR波長(zhǎng)的變化，可直觀地觀察到檢測(cè)信號(hào)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，從而快速獲得檢測(cè)結(jié)果，滿足了對(duì)樂(lè)果和三聚氰胺快速檢測(cè)的需求，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)食品安全隱患，防止有害物質(zhì)的進(jìn)一步擴(kuò)散和危害。此外，該傳感器還具有良好的選擇性，通過(guò)合理設(shè)計(jì)修飾在貴金屬納米粒子表面的探針?lè)肿?，能夠特異性地識(shí)別樂(lè)果和三聚氰胺分子，有效減少其他物質(zhì)的干擾，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。同時(shí)，其制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低，為大規(guī)模應(yīng)用提供了可能。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1有機(jī)磷農(nóng)藥檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程有機(jī)磷農(nóng)藥檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了從傳統(tǒng)方法到新型技術(shù)的不斷演進(jìn)，每一次技術(shù)的革新都為有機(jī)磷農(nóng)藥殘留檢測(cè)帶來(lái)了新的突破和提升。早期，有機(jī)磷農(nóng)藥殘留檢測(cè)主要依賴化學(xué)法、比色法和生物測(cè)定法等傳統(tǒng)技術(shù)?；瘜W(xué)法通過(guò)特定的化學(xué)反應(yīng)，利用有機(jī)磷農(nóng)藥中的某些官能團(tuán)或水解、還原產(chǎn)物與特殊顯色劑在特定環(huán)境下發(fā)生氧化、磺酸化、酯化、絡(luò)合等反應(yīng)，產(chǎn)生特定波長(zhǎng)的顏色變化來(lái)進(jìn)行定性或定量測(cè)定。例如，利用某些有機(jī)磷農(nóng)藥與特定顯色劑反應(yīng)生成有顏色的絡(luò)合物，通過(guò)比色法確定其含量。然而，這些方法缺乏專一性，容易受到其他物質(zhì)的干擾，且靈敏度較低，難以滿足對(duì)痕量有機(jī)磷農(nóng)藥檢測(cè)的需求。生物測(cè)定法則是利用生物對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥的毒性反應(yīng)來(lái)檢測(cè)其存在和含量，如利用昆蟲(chóng)的死亡率、植物的生長(zhǎng)抑制等指標(biāo)來(lái)間接判斷有機(jī)磷農(nóng)藥的濃度。但這種方法受到生物個(gè)體差異、環(huán)境因素等影響較大，結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性較差。隨著科技的進(jìn)步，20世紀(jì)60年代氣相色譜（GC）開(kāi)始應(yīng)用于農(nóng)藥和藥物殘留分析，這一技術(shù)的出現(xiàn)極大地提高了有機(jī)磷農(nóng)藥殘留量的檢測(cè)水平。氣相色譜利用樣品中各組分在氣相和固定相間的分配系數(shù)差異，在載氣的帶動(dòng)下，各組分在色譜柱中實(shí)現(xiàn)分離，并通過(guò)檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。它具有分離效率高、分析速度快、靈敏度較高等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)Χ喾N有機(jī)磷農(nóng)藥進(jìn)行有效分離和定量分析。例如，采用毛細(xì)管氣相色譜柱，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種有機(jī)磷農(nóng)藥的同時(shí)分離和檢測(cè)，大大提高了檢測(cè)效率。20世紀(jì)80年代以來(lái)，高效液相色譜法（HPLC）開(kāi)始廣泛應(yīng)用于對(duì)熱不穩(wěn)定和離子型農(nóng)藥及其代謝物的分析。高效液相色譜以液體為流動(dòng)相，通過(guò)高壓輸液泵將流動(dòng)相泵入裝有固定相的色譜柱，在柱內(nèi)各組分被分離后，進(jìn)入檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。它適用于分析高沸點(diǎn)、熱穩(wěn)定性差、相對(duì)分子質(zhì)量大的有機(jī)磷農(nóng)藥，彌補(bǔ)了氣相色譜的不足。例如，對(duì)于一些不易氣化的有機(jī)磷農(nóng)藥，高效液相色譜能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行分析檢測(cè)。色譜法雖然具有定量準(zhǔn)確、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，但所需設(shè)備昂貴，需要專業(yè)人員操作，且分析時(shí)間長(zhǎng)，不利于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和快速篩查。為了滿足快速、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的需求，各種快速檢測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。發(fā)光菌檢測(cè)技術(shù)利用發(fā)光細(xì)菌在受到有機(jī)磷農(nóng)藥刺激時(shí)發(fā)光強(qiáng)度的變化來(lái)檢測(cè)農(nóng)藥殘留。不同種類的發(fā)光細(xì)菌發(fā)光機(jī)制相同，即由分子氧功能，胞內(nèi)熒光酶催化，將還原態(tài)的黃素核甘酸(FMNH2)及長(zhǎng)鏈脂肪醛氧化為FMN及長(zhǎng)鏈脂肪酸，同時(shí)釋放出最大發(fā)光強(qiáng)度在波長(zhǎng)450-490nm的藍(lán)綠光。當(dāng)有機(jī)磷農(nóng)藥存在時(shí)，會(huì)抑制發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光，通過(guò)檢測(cè)發(fā)光強(qiáng)度的變化可以判斷有機(jī)磷農(nóng)藥的濃度。袁東星等人采用發(fā)光細(xì)菌快速檢測(cè)蔬菜中有機(jī)磷農(nóng)藥的殘留量，發(fā)現(xiàn)發(fā)光強(qiáng)度和試樣中有機(jī)磷農(nóng)藥濃度呈負(fù)相關(guān)，其最小檢測(cè)限可達(dá)到3mg/L。然而，發(fā)光菌被激活后，發(fā)光強(qiáng)度會(huì)隨時(shí)間變化而改變，造成檢測(cè)結(jié)果不穩(wěn)定，且由于食品中成分復(fù)雜，污染物濃度較低，檢測(cè)儀器的檢測(cè)限難以滿足要求，該方法在食品安全檢測(cè)中的應(yīng)用受到一定限制。化學(xué)發(fā)光技術(shù)則是以發(fā)光物質(zhì)魯米諾（Luminol）、沒(méi)食子酸（Gallicacid）等和有機(jī)磷農(nóng)藥進(jìn)行特殊的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)的中間體或反應(yīng)物吸收反應(yīng)所釋放出的化學(xué)能而躍遷到激發(fā)態(tài)，當(dāng)它們從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)會(huì)發(fā)生光輻射，通過(guò)檢測(cè)光輻射強(qiáng)度來(lái)確定有機(jī)磷農(nóng)藥的濃度。根據(jù)反應(yīng)原理，主要有對(duì)乙酰膽堿酶抑制的CL方法、對(duì)堿性磷酸酯酶的催化CL方法、對(duì)于過(guò)氧化物和吲哚反應(yīng)的方法、對(duì)于魯米諾和過(guò)氧化氫(H2O2)反應(yīng)的方法等。采用化學(xué)發(fā)光法檢測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥，其檢測(cè)限可達(dá)到ng/kg級(jí)水平。Ayyagari根據(jù)堿性磷酸酯酶可以催化含磷酸酯化合物發(fā)生去磷酸化功能，即樂(lè)果抑制磷酸酯酶的活性，并產(chǎn)生微弱的發(fā)光信號(hào)檢測(cè)樂(lè)果，檢測(cè)限為500ng/L。饒志明等人以魯米諾-H2O2體系對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥-甲基對(duì)硫磷進(jìn)行化學(xué)發(fā)光分析，發(fā)現(xiàn)聚乙二醇對(duì)反應(yīng)有明顯的增敏功能，并建立了流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光法(FIA-CL)測(cè)定甲基對(duì)硫磷的方法，檢測(cè)限可達(dá)0.02μg/ml。目前化學(xué)發(fā)光技術(shù)常與免疫分析、分子印跡、微流控芯片等技術(shù)聯(lián)用，但仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，實(shí)際應(yīng)用較少。免疫分析技術(shù)是基于抗原抗體特異性識(shí)別和結(jié)合反應(yīng)的分析方法，主要包括放射性免疫分析(RIA)和酶聯(lián)免疫分析(EIA)。由于RIA在儀器設(shè)備要求上的局限性，EIA成為農(nóng)藥殘留分析中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一。EIA在實(shí)際應(yīng)用中有直接法、間接法、抗體夾心法、競(jìng)爭(zhēng)法、抑制法等。有機(jī)磷農(nóng)藥是小分子量農(nóng)藥(MW<2500)，需將其小分子以半抗原的形式通過(guò)一定碳鏈長(zhǎng)度的連接分子和分子量大的載體(一般為蛋白質(zhì))以共價(jià)鍵相偶聯(lián)制備人工抗原，以人工抗原免疫動(dòng)物產(chǎn)生對(duì)該農(nóng)藥具有特異性反應(yīng)的抗體(多克隆抗體)，利用雜交瘤技術(shù)可制備出具有抗原特異性單一的抗體(單克隆抗體)。MAKumar等采用酶聯(lián)免疫分析技術(shù)和流動(dòng)注射技術(shù)結(jié)合檢測(cè)環(huán)境和食品中的甲基對(duì)硫磷，靈敏度高、特異性好。我國(guó)也研制出多種有機(jī)磷農(nóng)藥的酶免分析方法，如劉曙照等研制出甲萘威酶免分析線性濃度范圍在10-110-4μg/ml，檢測(cè)限低于0.01ng/ml；垛等人合成甲基對(duì)硫磷人工抗原并建立ELISA分析方法，檢測(cè)限達(dá)到5ng/ml。目前已有上百種農(nóng)藥建立起ELISA檢測(cè)方法，某些有機(jī)磷農(nóng)藥的檢測(cè)限可達(dá)到ng甚至pg級(jí)，一些試劑盒已經(jīng)商品化，廣泛用于現(xiàn)場(chǎng)樣品和大量樣品的快速監(jiān)測(cè)。然而，免疫分析技術(shù)存在抗體制備難度大、試劑盒成本高、只能檢測(cè)單一有機(jī)磷農(nóng)藥等局限性，限制了其在農(nóng)殘檢測(cè)中的廣泛應(yīng)用。生物傳感器與生物芯片技術(shù)的出現(xiàn)，為有機(jī)磷農(nóng)藥檢測(cè)帶來(lái)了新的發(fā)展方向。生物傳感器是將生物識(shí)別元件（如酶、抗體、核酸等）與物理或化學(xué)換能器相結(jié)合，能夠?qū)⑸镒R(shí)別事件轉(zhuǎn)化為可檢測(cè)的電信號(hào)或光信號(hào)。例如，基于膽堿酯酶抑制原理的生物傳感器，利用有機(jī)磷農(nóng)藥能抑制乙酰膽堿酯酶活性的特點(diǎn)，使酶與試樣進(jìn)行反應(yīng)，通過(guò)檢測(cè)酶活性的變化來(lái)判斷有機(jī)磷農(nóng)藥的存在和濃度。生物芯片則是將大量生物分子（如DNA、蛋白質(zhì)等）固定在微小的固體支持物上，形成密集的分子陣列，可同時(shí)對(duì)多個(gè)樣品進(jìn)行快速、高通量的檢測(cè)。這些技術(shù)具有快速、靈敏、便攜等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前有機(jī)磷農(nóng)藥檢測(cè)技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。局域表面等離子體共振（LSPR）技術(shù)作為一種新型的生物傳感技術(shù)，近年來(lái)在有機(jī)磷農(nóng)藥檢測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力?；谫F金屬納米粒子的LSPR效應(yīng)，當(dāng)目標(biāo)分子與修飾在貴金屬納米粒子表面的探針?lè)肿影l(fā)生特異性結(jié)合時(shí)，會(huì)引起局部折射率的改變，進(jìn)而導(dǎo)致LSPR波長(zhǎng)的顯著位移，通過(guò)檢測(cè)LSPR波長(zhǎng)的變化可以實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥的高靈敏檢測(cè)。與傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)相比，LSPR技術(shù)具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、無(wú)需標(biāo)記、可實(shí)時(shí)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，為有機(jī)磷農(nóng)藥檢測(cè)提供了一種更加高效、便捷的手段，有望在實(shí)際檢測(cè)中得到廣泛應(yīng)用。1.2.2三聚氰胺檢測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展三聚氰胺檢測(cè)技術(shù)的研究隨著三聚氰胺在食品和飼料領(lǐng)域的安全問(wèn)題受到廣泛關(guān)注而不斷發(fā)展，多種檢測(cè)技術(shù)相繼涌現(xiàn)，各有其特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。液相色譜法是三聚氰胺檢測(cè)的常用方法之一。國(guó)家GB/T22400-2008公布了原料乳中三聚氰胺快速檢測(cè)的高效液相色譜法（HPLC法），該方法采用乙腈作為原料乳中的蛋白質(zhì)沉淀劑和三聚氰胺提取劑，經(jīng)過(guò)0.2μm微孔濾膜過(guò)濾后，利用強(qiáng)陽(yáng)離子交換色譜柱進(jìn)行分離，采用紫外/二極管陣列檢測(cè)器檢測(cè)，外標(biāo)法定量。其原理是基于三聚氰胺在特定色譜條件下與其他雜質(zhì)的分離，通過(guò)檢測(cè)其特征吸收峰來(lái)確定含量，定量限為0.3mg/kg，分析時(shí)間較短。例如，在實(shí)際檢測(cè)中，通過(guò)優(yōu)化色譜條件，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)牛奶、奶粉等樣品中三聚氰胺的準(zhǔn)確測(cè)定。然而，該方法存在樣品前處理過(guò)程復(fù)雜的問(wèn)題，需要進(jìn)行蛋白質(zhì)沉淀、提取、過(guò)濾等多個(gè)步驟，操作繁瑣且耗時(shí)；儀器昂貴，需要配備高性能的液相色譜儀和專業(yè)的檢測(cè)人員，檢測(cè)成本較高，限制了其在一些基層檢測(cè)機(jī)構(gòu)和現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)中的應(yīng)用。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）技術(shù)也在三聚氰胺檢測(cè)中發(fā)揮著重要作用。該技術(shù)結(jié)合了氣相色譜的高分離能力和質(zhì)譜的高定性能力，能夠?qū)θ矍璋愤M(jìn)行準(zhǔn)確的定性和定量分析。首先，樣品經(jīng)過(guò)前處理后，在氣相色譜柱中實(shí)現(xiàn)分離，然后進(jìn)入質(zhì)譜儀，通過(guò)離子化和質(zhì)量分析，獲得三聚氰胺的特征質(zhì)譜圖，從而確定其結(jié)構(gòu)和含量。GC-MS具有靈敏度高、選擇性好、能夠同時(shí)檢測(cè)多種物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，可以檢測(cè)出極低濃度的三聚氰胺，且能夠有效排除其他物質(zhì)的干擾，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。例如，在對(duì)復(fù)雜食品樣品的檢測(cè)中，GC-MS能夠準(zhǔn)確地識(shí)別和定量三聚氰胺，為食品安全監(jiān)管提供可靠的數(shù)據(jù)支持。但是，該技術(shù)對(duì)樣品的前處理要求較高，需要將三聚氰胺轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性的衍生物，操作過(guò)程較為復(fù)雜；儀器設(shè)備價(jià)格昂貴，維護(hù)成本高，對(duì)操作人員的技術(shù)水平要求也較高，限制了其普及和推廣。酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)是一種基于抗原抗體特異性反應(yīng)的免疫分析技術(shù)，近年來(lái)在三聚氰胺檢測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用。其原理是采用間接競(jìng)爭(zhēng)ELISA方法，在酶標(biāo)板微孔條上預(yù)包被三聚氰胺抗原，樣本殘留的三聚氰胺和微孔條上預(yù)包被的抗原競(jìng)爭(zhēng)抗三聚氰胺抗體，加入TMB底物顯色，樣本吸光值與其殘留物三聚氰胺成負(fù)相關(guān)，與標(biāo)準(zhǔn)曲線比較再乘以其對(duì)應(yīng)的稀釋倍數(shù)，即可得出樣本中三聚氰胺的含量。該方法具有特異性高、靈敏度高的特點(diǎn)，能夠檢測(cè)出ng甚至pg水平的三聚氰胺；穩(wěn)定性好，操作簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的儀器設(shè)備，普通實(shí)驗(yàn)室即可開(kāi)展檢測(cè)工作；成本低，可同時(shí)對(duì)大批量樣品進(jìn)行快速檢測(cè)，適合用于食品中三聚氰胺的初篩檢測(cè)。在2008年中國(guó)“三聚氰胺奶粉事件”中，ELISA法就被廣泛用于快速檢測(cè)奶粉中的三聚氰胺含量。目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)研發(fā)出商品化的三聚氰胺速測(cè)試劑盒，試劑盒靈敏度0.01ppm，最低檢測(cè)限為0.1ppm。然而，ELISA法也存在一定的局限性，它只能檢測(cè)單一的三聚氰胺，對(duì)于結(jié)構(gòu)類似的化合物可能存在交叉反應(yīng)，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)偏差；抗體制備過(guò)程復(fù)雜，周期較長(zhǎng)，且抗體的質(zhì)量和穩(wěn)定性會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。膠體金免疫層析技術(shù)（GICA）是以膠體金為標(biāo)記物的免疫層析技術(shù)，是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一種將免疫技術(shù)和色譜層析技術(shù)相結(jié)合的快速免疫分析方法。其原理是以條狀纖維層析材料為固相，借助毛細(xì)作用使樣品溶液在層析條上泳動(dòng)，同時(shí)，使樣品中的待測(cè)物與層析材料上針對(duì)待測(cè)物的受體(如抗體或抗原)發(fā)生高特異、高親和性的免疫反應(yīng)，層析過(guò)程中免疫復(fù)合物被富集或截留在層析材料的一定區(qū)域(檢測(cè)帶)，通過(guò)酶促顯色反應(yīng)或直接使用可目測(cè)的著色標(biāo)記物(如膠體金)，短時(shí)間(5-10min內(nèi))便可得到直觀的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。該技術(shù)具有操作簡(jiǎn)便、快速的特點(diǎn)，不需要專業(yè)的儀器設(shè)備，操作人員只需將樣品滴加到檢測(cè)試紙上，等待幾分鐘即可觀察結(jié)果，適合現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)；結(jié)果直觀，通過(guò)檢測(cè)帶上是否出現(xiàn)顏色條帶即可判斷樣品中是否含有三聚氰胺，易于理解和判斷。例如，在基層農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)、食品加工小作坊等場(chǎng)所，可以使用膠體金免疫層析試紙條對(duì)食品中的三聚氰胺進(jìn)行快速篩查。但是，該技術(shù)的靈敏度相對(duì)較低，只能進(jìn)行定性或半定量檢測(cè)，對(duì)于低濃度的三聚氰胺可能無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)；檢測(cè)結(jié)果易受環(huán)境因素、操作方法等影響，存在一定的假陽(yáng)性和假陰性率。拉曼光譜技術(shù)作為一種快速、無(wú)損的檢測(cè)技術(shù)，也逐漸應(yīng)用于三聚氰胺檢測(cè)領(lǐng)域。拉曼光譜是分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生的，不同分子具有獨(dú)特的拉曼光譜特征，通過(guò)檢測(cè)樣品的拉曼光譜，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)三聚氰胺的快速識(shí)別和定量分析。該技術(shù)具有檢測(cè)速度快的優(yōu)點(diǎn)，能夠在短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)樣品的檢測(cè)；無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行復(fù)雜的前處理，可直接對(duì)固體、液體等樣品進(jìn)行檢測(cè)，操作簡(jiǎn)便；具有較高的靈敏度和選擇性，能夠有效區(qū)分三聚氰胺與其他物質(zhì)。例如，利用表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)（SERS），可以進(jìn)一步提高檢測(cè)的靈敏度，實(shí)現(xiàn)對(duì)痕量三聚氰胺的檢測(cè)。但是，拉曼光譜技術(shù)對(duì)儀器設(shè)備要求較高，價(jià)格昂貴；光譜解析較為復(fù)雜，需要專業(yè)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，限制了其在一些普通實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中的應(yīng)用。與上述傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)相比，本研究中的雙通道光纖LSPR生物傳感器具有獨(dú)特的創(chuàng)新點(diǎn)。它基于LSPR效應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)三聚氰胺的高靈敏檢測(cè)，檢測(cè)限可達(dá)到ng/kg級(jí)甚至更低水平，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了一些傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的靈敏度。采用光纖作為信號(hào)傳輸介質(zhì)，使得傳感器體積小巧、結(jié)構(gòu)緊湊，易于集成和實(shí)現(xiàn)小型化、便攜化，可方便地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，無(wú)需復(fù)雜的樣品前處理過(guò)程，大大縮短了檢測(cè)時(shí)間，提高了檢測(cè)效率。此外，該傳感器還具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能，能夠動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)三聚氰胺分子與探針?lè)肿拥慕Y(jié)合過(guò)程，及時(shí)獲得檢測(cè)結(jié)果，為食品安全檢測(cè)提供了更加高效、便捷的手段。1.2.3雙通道光纖LSPR生物傳感器的研究現(xiàn)狀雙通道光纖LSPR生物傳感器作為一種新型的生物傳感技術(shù)，近年來(lái)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能優(yōu)化、實(shí)際應(yīng)用等方面取得了一系列研究成果，但也存在一些不足之處，需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，研究人員不斷探索創(chuàng)新，以提高傳感器的性能。早期的光纖LSPR生物傳感器結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，通常是將貴金屬納米粒子直接修飾在光纖端面或表面，通過(guò)檢測(cè)光纖傳輸光的變化來(lái)監(jiān)測(cè)LSPR效應(yīng)。然而，這種簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的傳感器存在信號(hào)強(qiáng)度較弱、靈敏度有限等問(wèn)題。為了改善這些問(wèn)題，研究人員提出了多種改進(jìn)結(jié)構(gòu)。例如，采用錐形光纖結(jié)構(gòu)，通過(guò)將光纖拉制成錐形，增大了光纖表面與待測(cè)物質(zhì)的接觸面積，提高了傳感器的靈敏度和響應(yīng)速度。在錐形光纖表面修飾金納米顆粒，利用金納米顆粒的LSPR效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生物分子和化學(xué)物質(zhì)的高靈敏檢測(cè)。還有研究將多模光纖與七芯光纖進(jìn)行精密融合，提出了一種“小龍蝦型”錐形光纖結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增強(qiáng)了LSPR效應(yīng)，同時(shí)引入抗體修飾，提升了傳感器的特異性，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)宋內(nèi)志賀氏菌的超靈敏檢測(cè)。此外，一些研究還通過(guò)在光纖表面構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)陣列，如納米孔陣列、納米柱陣列等，增強(qiáng)光與物質(zhì)的相互作用，提高傳感器的性能。這些創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為雙通道光纖LSPR生物傳感器的發(fā)展提供了新的思路和方法。在性能優(yōu)化方面，研究主要集中在提高傳感器的靈敏度、選擇性和穩(wěn)定性等關(guān)鍵性能指標(biāo)上。為了提高靈敏度，一方面通過(guò)優(yōu)化貴金屬納米粒子的制備工藝和參數(shù)，如控制納米粒子的尺寸、形狀、分散度等，以增強(qiáng)LSPR效應(yīng)。較小尺寸的金納米粒子通常具有更強(qiáng)的LSPR效應(yīng)，能夠?qū)χ車h(huán)境折射率的變化產(chǎn)生更敏感的響應(yīng)。另一方面，采用表面增強(qiáng)技術(shù)，如表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）與LSPR相結(jié)合，利用SERS的增強(qiáng)效應(yīng)進(jìn)一步提高傳感器對(duì)目標(biāo)分子的檢測(cè)靈敏度。在提高選擇性方面，通過(guò)合理設(shè)計(jì)修飾在貴金屬納米粒子表面的探針?lè)肿?，使其能夠特異性地識(shí)別目標(biāo)分子，有效減少其他物質(zhì)的干擾。例如，選擇對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥樂(lè)果和三聚氰胺具有高特異性親和力的抗體或核酸適配體作為探針?lè)肿?，?shí)現(xiàn)對(duì)這兩種物質(zhì)的特異性檢測(cè)。為了提高傳感器的穩(wěn)定性，研究人員采用多種方法對(duì)貴金屬納米粒子進(jìn)行固定和保護(hù)，防止其在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)生團(tuán)聚、氧化等現(xiàn)象，影響傳感器的性能。使用聚合物包覆金納米粒子，既可以提高納米粒子的穩(wěn)定性，又可以為探針?lè)肿拥男揎椞峁└嗟幕钚晕稽c(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用方面，雙通道光纖LSPR生物傳感器已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出應(yīng)用潛力。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，用于生物分子的檢測(cè)和疾病診斷，如檢測(cè)腫瘤標(biāo)志物、病毒核酸等，為疾病的早期診斷和治療提供了新的手段。在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，可用于檢測(cè)水中的重金屬離子、有機(jī)污染物等，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境污染的快速監(jiān)測(cè)和預(yù)警。在食品安全領(lǐng)域，針對(duì)食品中的農(nóng)藥殘留、獸藥殘留、生物毒素等有害物質(zhì)的檢測(cè)，為保障食品安全提供了有效的技術(shù)支持。然而，目前該傳感器在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)。傳感器的批量制備技術(shù)還不夠成熟，導(dǎo)致傳感器的一致性和重復(fù)性有待提高，限制了其大規(guī)模應(yīng)用；與實(shí)際樣品的兼容性問(wèn)題，如樣品中的復(fù)雜成分可能會(huì)干擾傳感器的檢測(cè)信號(hào)，需要進(jìn)一步優(yōu)化樣品前處理方法和傳感器的抗干擾性能；傳感器的檢測(cè)范圍和動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍還需要進(jìn)一步拓展，以滿足不同檢測(cè)場(chǎng)景的需求。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容1.3.1研究目標(biāo)本研究旨在設(shè)計(jì)并構(gòu)建一種雙通道光纖LSPR生物傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥樂(lè)果和三聚氰胺的高靈敏、快速、準(zhǔn)確檢測(cè)。具體目標(biāo)如下：構(gòu)建高性能傳感器：基于局域表面等離子體共振（LSPR）效應(yīng)，通過(guò)優(yōu)化傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制備工藝，如選擇合適的光纖類型、貴金屬納米粒子的種類和修飾方法等，提高傳感器的靈敏度和穩(wěn)定性，使其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)樂(lè)果和三聚氰胺的高靈敏檢測(cè)，檢測(cè)限達(dá)到ng/kg級(jí)甚至更低水平。實(shí)現(xiàn)雙通道檢測(cè)功能：設(shè)計(jì)雙通道結(jié)構(gòu)，使傳感器能夠同時(shí)對(duì)樂(lè)果和三聚氰胺進(jìn)行檢測(cè)，提高檢測(cè)效率，減少檢測(cè)時(shí)間和成本。通過(guò)合理選擇和設(shè)計(jì)針對(duì)樂(lè)果和三聚氰胺的特異性探針?lè)肿?，?shí)現(xiàn)對(duì)兩種目標(biāo)物質(zhì)的特異性識(shí)別和檢測(cè)，有效減少其他物質(zhì)的干擾，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。驗(yàn)證傳感器的實(shí)際應(yīng)用性能：將構(gòu)建的雙通道光纖LSPR生物傳感器應(yīng)用于實(shí)際樣品檢測(cè)，如農(nóng)產(chǎn)品、食品、環(huán)境水樣等，驗(yàn)證其在復(fù)雜樣品基質(zhì)中的檢測(cè)能力和可靠性。通過(guò)與傳統(tǒng)檢測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)估傳感器的性能優(yōu)勢(shì)，為其實(shí)際應(yīng)用提供有力的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。1.3.2研究?jī)?nèi)容為實(shí)現(xiàn)上述研究目標(biāo)，本研究將圍繞以下幾個(gè)方面展開(kāi)：雙通道光纖LSPR生物傳感器的設(shè)計(jì)與制備：研究不同結(jié)構(gòu)的光纖對(duì)LSPR效應(yīng)的影響，如錐形光纖、多模光纖與七芯光纖融合結(jié)構(gòu)等，選擇最優(yōu)的光纖結(jié)構(gòu)作為傳感器的基礎(chǔ)架構(gòu)。優(yōu)化貴金屬納米粒子的制備工藝，包括納米粒子的尺寸、形狀、分散度等參數(shù)的控制，以增強(qiáng)LSPR效應(yīng)。探索合適的修飾方法，將貴金屬納米粒子均勻、穩(wěn)定地修飾在光纖表面，構(gòu)建具有高靈敏度的LSPR傳感界面。設(shè)計(jì)并合成針對(duì)樂(lè)果和三聚氰胺的特異性探針?lè)肿樱缈贵w、核酸適配體等，并通過(guò)化學(xué)偶聯(lián)等方法將其固定在修飾有貴金屬納米粒子的光纖表面，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物質(zhì)的特異性識(shí)別和檢測(cè)。傳感器性能測(cè)試與優(yōu)化：搭建傳感器性能測(cè)試系統(tǒng)，包括光源、光譜儀、樣品池等設(shè)備，對(duì)制備的雙通道光纖LSPR生物傳感器的性能進(jìn)行全面測(cè)試。測(cè)試傳感器對(duì)不同濃度樂(lè)果和三聚氰胺的響應(yīng)特性，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，確定傳感器的檢測(cè)限、線性范圍、靈敏度等關(guān)鍵性能指標(biāo)。研究傳感器的選擇性，考察其他物質(zhì)對(duì)樂(lè)果和三聚氰胺檢測(cè)的干擾情況，評(píng)估傳感器的特異性識(shí)別能力。分析傳感器的穩(wěn)定性和重復(fù)性，通過(guò)多次測(cè)量和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，評(píng)估傳感器在不同時(shí)間和環(huán)境條件下的性能穩(wěn)定性。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，對(duì)傳感器的結(jié)構(gòu)、修飾方法、探針?lè)肿拥冗M(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步提高傳感器的性能。實(shí)際樣品檢測(cè)與方法驗(yàn)證：采集實(shí)際樣品，如蔬菜、水果、牛奶、水樣等，對(duì)其進(jìn)行前處理，去除雜質(zhì)和干擾物質(zhì)，使樣品符合傳感器的檢測(cè)要求。利用構(gòu)建的雙通道光纖LSPR生物傳感器對(duì)實(shí)際樣品中的樂(lè)果和三聚氰胺進(jìn)行檢測(cè)，記錄檢測(cè)結(jié)果。將傳感器的檢測(cè)結(jié)果與傳統(tǒng)檢測(cè)方法（如色譜法、免疫分析法等）進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證傳感器檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。通過(guò)實(shí)際樣品檢測(cè)，評(píng)估傳感器在復(fù)雜樣品基質(zhì)中的適應(yīng)性和抗干擾能力，為其實(shí)際應(yīng)用提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。1.4研究方法與技術(shù)路線1.4.1研究方法實(shí)驗(yàn)研究法：通過(guò)實(shí)驗(yàn)制備雙通道光纖LSPR生物傳感器，對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試和優(yōu)化。在傳感器制備過(guò)程中，探索不同的制備工藝和條件，如貴金屬納米粒子的修飾方法、探針?lè)肿拥墓潭ǚ绞降龋垣@得性能優(yōu)良的傳感器。在性能測(cè)試階段，搭建實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)傳感器的靈敏度、選擇性、穩(wěn)定性等關(guān)鍵性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，為后續(xù)的優(yōu)化提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持。將傳感器應(yīng)用于實(shí)際樣品檢測(cè)，采集農(nóng)產(chǎn)品、食品、環(huán)境水樣等實(shí)際樣品，進(jìn)行前處理后，利用傳感器檢測(cè)其中樂(lè)果和三聚氰胺的含量，并與傳統(tǒng)檢測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證傳感器的實(shí)際應(yīng)用性能。理論分析法：基于局域表面等離子體共振（LSPR）效應(yīng)的基本原理，分析傳感器的工作機(jī)制，為傳感器的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。研究LSPR效應(yīng)與光纖結(jié)構(gòu)、貴金屬納米粒子特性、探針?lè)肿优c目標(biāo)分子相互作用之間的關(guān)系，深入理解傳感器的傳感原理，從而指導(dǎo)傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化。利用相關(guān)的物理和化學(xué)理論，如電磁理論、分子相互作用理論等，解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析傳感器性能的影響因素，為實(shí)驗(yàn)研究提供理論指導(dǎo)。數(shù)值模擬法：采用數(shù)值模擬軟件，如COMSOLMultiphysics、FDTDSolutions等，對(duì)傳感器的光學(xué)特性進(jìn)行模擬分析。通過(guò)建立傳感器的數(shù)值模型，模擬不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料參數(shù)下的LSPR效應(yīng)，如LSPR波長(zhǎng)、電場(chǎng)分布等，預(yù)測(cè)傳感器的性能。利用數(shù)值模擬結(jié)果，優(yōu)化傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選擇最優(yōu)的光纖結(jié)構(gòu)、貴金屬納米粒子的尺寸和形狀等參數(shù)，提高傳感器的靈敏度和性能。通過(guò)數(shù)值模擬，研究傳感器的抗干擾性能，分析外界干擾因素對(duì)傳感器檢測(cè)信號(hào)的影響，為傳感器的實(shí)際應(yīng)用提供參考。1.4.2技術(shù)路線本研究的技術(shù)路線如圖1所示，首先進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研，了解有機(jī)磷農(nóng)藥樂(lè)果和三聚氰胺檢測(cè)技術(shù)以及雙通道光纖LSPR生物傳感器的研究現(xiàn)狀，明確研究目標(biāo)和內(nèi)容。在傳感器設(shè)計(jì)與制備階段，選擇合適的光纖結(jié)構(gòu)，優(yōu)化貴金屬納米粒子的制備工藝并將其修飾在光纖表面，同時(shí)設(shè)計(jì)合成特異性探針?lè)肿硬⒐潭ㄔ诠饫w表面，構(gòu)建雙通道光纖LSPR生物傳感器。然后對(duì)傳感器進(jìn)行性能測(cè)試，搭建測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試傳感器對(duì)不同濃度樂(lè)果和三聚氰胺的響應(yīng)特性、選擇性、穩(wěn)定性和重復(fù)性等性能指標(biāo)，根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)傳感器進(jìn)行優(yōu)化。最后將優(yōu)化后的傳感器應(yīng)用于實(shí)際樣品檢測(cè)，采集實(shí)際樣品并進(jìn)行前處理，利用傳感器檢測(cè)樣品中的樂(lè)果和三聚氰胺含量，與傳統(tǒng)檢測(cè)方法對(duì)比分析，驗(yàn)證傳感器的實(shí)際應(yīng)用性能，總結(jié)研究成果，撰寫論文。[此處插入技術(shù)路線圖]圖1技術(shù)路線圖[此處插入技術(shù)路線圖]圖1技術(shù)路線圖圖1技術(shù)路線圖二、雙通道光纖LSPR生物傳感器的工作原理與設(shè)計(jì)2.1LSPR效應(yīng)的基本原理2.1.1LSPR效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)制局域表面等離子體共振（LSPR）效應(yīng)的產(chǎn)生源于金屬納米粒子獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和光與物質(zhì)的相互作用。金屬納米粒子，如金、銀等貴金屬納米粒子，其內(nèi)部存在大量自由移動(dòng)的傳導(dǎo)電子。當(dāng)一束特定頻率的光照射到金屬納米粒子表面時(shí)，若入射光的頻率與金屬納米粒子中傳導(dǎo)電子的集體振蕩頻率相匹配，就會(huì)引發(fā)共振現(xiàn)象，即局域表面等離子體共振。從微觀角度來(lái)看，金屬中的傳導(dǎo)電子在入射光的電場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生集體振蕩，形成一種等離子體波。在共振狀態(tài)下，電子的振蕩幅度達(dá)到最大，電子云與金屬離子實(shí)之間的相對(duì)位移也達(dá)到最大。這種強(qiáng)烈的電子振蕩導(dǎo)致金屬納米粒子對(duì)特定波長(zhǎng)的光產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸收和散射，從而在消光光譜中出現(xiàn)明顯的共振峰。LSPR效應(yīng)的產(chǎn)生需要滿足一定的條件。金屬納米粒子的尺寸通常在納米量級(jí)，一般為1-100nm之間。當(dāng)粒子尺寸遠(yuǎn)小于入射光的波長(zhǎng)時(shí)，粒子內(nèi)的電場(chǎng)分布可以近似看作均勻的，有利于電子的集體振蕩。若粒子尺寸過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致電子振蕩的非均勻性增加，LSPR效應(yīng)減弱。粒子的形狀也對(duì)LSPR效應(yīng)有顯著影響。不同形狀的納米粒子，如球形、棒形、三角形等，其表面電荷分布和電子振蕩模式不同，從而導(dǎo)致LSPR波長(zhǎng)和強(qiáng)度的差異。球形金納米粒子通常具有單一的LSPR吸收峰，而棒形金納米粒子則可能出現(xiàn)縱向和橫向兩個(gè)不同的LSPR吸收峰。此外，金屬納米粒子周圍的介質(zhì)環(huán)境，如折射率、介電常數(shù)等，也會(huì)對(duì)LSPR效應(yīng)產(chǎn)生重要影響。當(dāng)周圍介質(zhì)的折射率發(fā)生變化時(shí)，會(huì)改變金屬納米粒子與周圍環(huán)境之間的相互作用，進(jìn)而導(dǎo)致LSPR波長(zhǎng)的位移。當(dāng)金屬納米粒子表面吸附了一層生物分子或其他物質(zhì)時(shí)，由于這些物質(zhì)的折射率與周圍介質(zhì)不同，會(huì)引起LSPR波長(zhǎng)的紅移或藍(lán)移。2.1.2LSPR效應(yīng)與傳感檢測(cè)的關(guān)系LSPR效應(yīng)與傳感檢測(cè)之間存在著緊密的聯(lián)系，其獨(dú)特的光學(xué)特性使得它在生物和化學(xué)傳感領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景?；贚SPR效應(yīng)的傳感檢測(cè)原理主要是利用LSPR波長(zhǎng)對(duì)周圍環(huán)境折射率變化的高度敏感性。當(dāng)目標(biāo)分子與修飾在金屬納米粒子表面的探針?lè)肿影l(fā)生特異性結(jié)合時(shí)，會(huì)導(dǎo)致金屬納米粒子周圍的折射率發(fā)生改變，進(jìn)而引起LSPR波長(zhǎng)的位移。通過(guò)檢測(cè)LSPR波長(zhǎng)的變化，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)分子的定性和定量分析。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)金屬納米粒子表面修飾有特異性的探針?lè)肿樱缈贵w、核酸適配體等時(shí)，這些探針?lè)肿幽軌蜻x擇性地識(shí)別并結(jié)合目標(biāo)分子。以檢測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥樂(lè)果為例，若在金納米粒子表面修飾有對(duì)樂(lè)果具有特異性識(shí)別能力的抗體，當(dāng)樂(lè)果分子存在時(shí)，它會(huì)與抗體發(fā)生特異性結(jié)合，形成抗原-抗體復(fù)合物。這種結(jié)合會(huì)使金納米粒子周圍的局部折射率增加，根據(jù)LSPR效應(yīng)的原理，LSPR波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生紅移。通過(guò)高精度的光譜儀等設(shè)備，精確測(cè)量LSPR波長(zhǎng)的變化量，就可以根據(jù)預(yù)先建立的標(biāo)準(zhǔn)曲線，確定樂(lè)果的濃度。同樣，對(duì)于三聚氰胺的檢測(cè)，若在金屬納米粒子表面修飾有對(duì)三聚氰胺具有特異性識(shí)別能力的核酸適配體，當(dāng)三聚氰胺分子與核酸適配體結(jié)合時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致LSPR波長(zhǎng)的變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)三聚氰胺的檢測(cè)。LSPR效應(yīng)在傳感檢測(cè)中具有諸多優(yōu)勢(shì)。其檢測(cè)靈敏度極高，能夠檢測(cè)到極低濃度的目標(biāo)分子，檢測(cè)限可達(dá)到ng/kg級(jí)甚至更低水平。這是由于LSPR波長(zhǎng)對(duì)周圍環(huán)境折射率的微小變化都能產(chǎn)生明顯的響應(yīng)，即使是少量的目標(biāo)分子與探針?lè)肿咏Y(jié)合，也能引起可檢測(cè)的LSPR波長(zhǎng)位移。LSPR傳感檢測(cè)具有實(shí)時(shí)性，能夠動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)目標(biāo)分子與探針?lè)肿拥慕Y(jié)合過(guò)程。通過(guò)連續(xù)監(jiān)測(cè)LSPR波長(zhǎng)的變化，可以直觀地觀察到檢測(cè)信號(hào)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，及時(shí)獲得檢測(cè)結(jié)果，為快速檢測(cè)提供了可能。此外，LSPR傳感檢測(cè)還具有無(wú)需標(biāo)記的特點(diǎn)，避免了傳統(tǒng)檢測(cè)方法中標(biāo)記物對(duì)檢測(cè)結(jié)果的干擾，簡(jiǎn)化了檢測(cè)流程，提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性。二、雙通道光纖LSPR生物傳感器的工作原理與設(shè)計(jì)2.2雙通道光纖LSPR生物傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.1整體結(jié)構(gòu)框架雙通道光纖LSPR生物傳感器主要由光纖、金屬納米粒子修飾層、生物識(shí)別層以及信號(hào)檢測(cè)與處理系統(tǒng)等部分組成，各部分相互協(xié)作，共同實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥樂(lè)果和三聚氰胺的高靈敏檢測(cè)，其整體結(jié)構(gòu)框架如圖2所示。[此處插入雙通道光纖LSPR生物傳感器整體結(jié)構(gòu)框架圖]圖2雙通道光纖LSPR生物傳感器整體結(jié)構(gòu)框架圖[此處插入雙通道光纖LSPR生物傳感器整體結(jié)構(gòu)框架圖]圖2雙通道光纖LSPR生物傳感器整體結(jié)構(gòu)框架圖圖2雙通道光纖LSPR生物傳感器整體結(jié)構(gòu)框架圖光纖作為傳感器的核心部件之一，起到傳輸光信號(hào)的關(guān)鍵作用。根據(jù)不同的應(yīng)用需求和性能要求，可選擇合適類型的光纖，如單模光纖、多模光纖或特種光纖。單模光纖具有模間色散小、傳輸距離遠(yuǎn)、帶寬高等優(yōu)點(diǎn)，適合長(zhǎng)距離傳輸和高速數(shù)據(jù)通信；多模光纖則具有芯徑大、耦合效率高、成本低等特點(diǎn)，更適用于短距離傳輸和低速率數(shù)據(jù)通信。在本研究中，綜合考慮傳感器的靈敏度、制作工藝和成本等因素，選用多模光纖作為基礎(chǔ)架構(gòu)。多模光纖能夠在一定程度上增大光與金屬納米粒子的相互作用面積，增強(qiáng)LSPR效應(yīng)，同時(shí)其相對(duì)較低的成本也有利于傳感器的大規(guī)模制備。對(duì)光纖進(jìn)行特殊處理，如將其拉制成錐形光纖結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增大光纖表面與待測(cè)物質(zhì)的接觸面積，提高傳感器的靈敏度和響應(yīng)速度。金屬納米粒子修飾層是實(shí)現(xiàn)LSPR效應(yīng)的關(guān)鍵部分，通常選用金、銀等貴金屬納米粒子，如粒徑為10-50nm的球形金納米粒子或長(zhǎng)徑比為3-5的棒形銀納米粒子。這些貴金屬納米粒子具有良好的導(dǎo)電性和光學(xué)性質(zhì)，能夠在光的激發(fā)下產(chǎn)生強(qiáng)烈的LSPR效應(yīng)。通過(guò)化學(xué)還原法、種子生長(zhǎng)法等制備工藝，可精確控制納米粒子的尺寸、形狀和分散度，以獲得最佳的LSPR性能。在制備過(guò)程中，利用檸檬酸鈉還原氯金酸的方法制備金納米粒子，通過(guò)控制反應(yīng)溫度、時(shí)間和檸檬酸鈉的用量，可制備出粒徑均勻、分散性好的金納米粒子。采用自組裝、電沉積等修飾方法，將貴金屬納米粒子均勻、穩(wěn)定地修飾在光纖表面，形成具有高靈敏度的LSPR傳感界面。使用自組裝技術(shù)，通過(guò)在光纖表面修飾巰基化合物，利用巰基與金納米粒子之間的強(qiáng)相互作用，將金納米粒子有序地組裝在光纖表面。生物識(shí)別層位于金屬納米粒子修飾層之上，主要由針對(duì)樂(lè)果和三聚氰胺的特異性探針?lè)肿咏M成，如對(duì)樂(lè)果具有高親和力的抗體或?qū)θ矍璋肪哂刑禺愋宰R(shí)別能力的核酸適配體。這些探針?lè)肿油ㄟ^(guò)化學(xué)偶聯(lián)等方法固定在修飾有貴金屬納米粒子的光纖表面，能夠特異性地識(shí)別并結(jié)合目標(biāo)分子。采用碳二亞胺法將抗體與修飾在光纖表面的金納米粒子進(jìn)行偶聯(lián)，實(shí)現(xiàn)抗體在光纖表面的穩(wěn)定固定。當(dāng)樂(lè)果或三聚氰胺分子存在時(shí)，它們會(huì)與生物識(shí)別層中的探針?lè)肿影l(fā)生特異性結(jié)合，形成抗原-抗體復(fù)合物或適配體-目標(biāo)分子復(fù)合物，從而導(dǎo)致金屬納米粒子周圍的折射率發(fā)生改變，引發(fā)LSPR波長(zhǎng)的位移。信號(hào)檢測(cè)與處理系統(tǒng)則負(fù)責(zé)對(duì)傳感器產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)、采集和分析處理。該系統(tǒng)主要包括光源、光譜儀、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)等設(shè)備。寬帶光源發(fā)出的光通過(guò)光纖傳輸至金屬納米粒子修飾層，激發(fā)LSPR效應(yīng)。產(chǎn)生的反射光或透射光攜帶了與目標(biāo)分子濃度相關(guān)的LSPR波長(zhǎng)信息，通過(guò)光譜儀對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)和分析，獲取LSPR光譜。數(shù)據(jù)采集卡將光譜儀采集到的光譜數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)，利用專門的數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如基線校正、峰值提取、標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制等，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)樂(lè)果和三聚氰胺濃度的準(zhǔn)確測(cè)定。2.2.2雙通道設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)雙通道設(shè)計(jì)是本研究中傳感器的一大創(chuàng)新點(diǎn)，相較于傳統(tǒng)的單通道傳感器，它在提高檢測(cè)效率、實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)檢測(cè)和自我校準(zhǔn)等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。在提高檢測(cè)效率方面，雙通道設(shè)計(jì)使得傳感器能夠同時(shí)對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥樂(lè)果和三聚氰胺進(jìn)行檢測(cè)，大大縮短了檢測(cè)時(shí)間。傳統(tǒng)的單通道傳感器在檢測(cè)多種物質(zhì)時(shí)，需要依次對(duì)每個(gè)目標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，每次檢測(cè)都需要進(jìn)行樣品更換、傳感器校準(zhǔn)等操作，耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力。而雙通道光纖LSPR生物傳感器可以在同一時(shí)間內(nèi)對(duì)樂(lè)果和三聚氰胺進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)需頻繁更換樣品和重新校準(zhǔn)傳感器，顯著提高了檢測(cè)效率。在實(shí)際應(yīng)用中，如對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)時(shí)，可同時(shí)檢測(cè)其中的樂(lè)果殘留和三聚氰胺含量，快速獲取樣品的安全信息，為農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量控制和監(jiān)管提供有力支持。實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)檢測(cè)是雙通道設(shè)計(jì)的另一重要優(yōu)勢(shì)。通過(guò)在兩個(gè)通道上分別修飾針對(duì)樂(lè)果和三聚氰胺的特異性探針?lè)肿?，傳感器能夠同時(shí)對(duì)這兩種目標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行特異性識(shí)別和檢測(cè)。這種多目標(biāo)檢測(cè)能力在復(fù)雜樣品基質(zhì)中尤為重要，能夠有效避免因單一檢測(cè)而導(dǎo)致的漏檢風(fēng)險(xiǎn)。在食品檢測(cè)中，食品中可能同時(shí)存在多種有害物質(zhì)，采用雙通道傳感器可以同時(shí)檢測(cè)樂(lè)果和三聚氰胺，全面評(píng)估食品的安全性，為食品安全保障提供更全面的信息。雙通道設(shè)計(jì)還為傳感器提供了自我校準(zhǔn)功能，有助于提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。在檢測(cè)過(guò)程中，由于環(huán)境因素、儀器漂移等原因，可能會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)信號(hào)出現(xiàn)偏差。而雙通道傳感器可以利用其中一個(gè)通道作為參考通道，對(duì)另一個(gè)通道的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)。將一個(gè)通道修飾非特異性探針?lè)肿?，該通道不受?lè)果和三聚氰胺的影響，其檢測(cè)信號(hào)可作為參考信號(hào)。當(dāng)另一個(gè)通道檢測(cè)樂(lè)果或三聚氰胺時(shí)，通過(guò)與參考通道信號(hào)進(jìn)行對(duì)比和分析，可以有效消除環(huán)境因素和儀器漂移等對(duì)檢測(cè)信號(hào)的影響，提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。2.3關(guān)鍵組件的選擇與優(yōu)化2.3.1光纖的選型依據(jù)光纖作為雙通道光纖LSPR生物傳感器的重要組成部分，其性能對(duì)傳感器的整體性能有著至關(guān)重要的影響。在選擇光纖時(shí)，需要綜合考慮光傳輸特性、機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性以及成本等多方面因素。光傳輸特性是光纖選型的關(guān)鍵因素之一。不同類型的光纖在光傳輸過(guò)程中表現(xiàn)出不同的特性，主要包括模間色散、衰減和帶寬等。單模光纖的纖芯直徑較小，通常在9μm左右，只能傳輸一種模式的光，因此模間色散極小，適用于長(zhǎng)距離、高速率的光信號(hào)傳輸。在一些需要長(zhǎng)距離傳輸光信號(hào)的通信系統(tǒng)中，單模光纖能夠保證光信號(hào)的高質(zhì)量傳輸，減少信號(hào)的失真和衰減。然而，單模光纖的制造成本相對(duì)較高，且與光源和探測(cè)器的耦合難度較大。多模光纖的纖芯直徑較大，一般在50μm或62.5μm，能夠傳輸多種模式的光。由于存在模間色散，多模光纖的傳輸距離和帶寬相對(duì)有限，但其耦合效率高，成本較低。在本研究的雙通道光纖LSPR生物傳感器中，考慮到傳感器主要應(yīng)用于對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥樂(lè)果和三聚氰胺的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，檢測(cè)距離相對(duì)較短，且對(duì)成本較為敏感。多模光纖能夠在一定程度上增大光與金屬納米粒子的相互作用面積，增強(qiáng)LSPR效應(yīng)，提高傳感器的靈敏度。綜合這些因素，選擇多模光纖作為傳感器的基礎(chǔ)架構(gòu)更為合適。機(jī)械性能也是選擇光纖時(shí)需要考慮的重要因素。在實(shí)際應(yīng)用中，光纖可能會(huì)受到拉伸、彎曲、擠壓等機(jī)械應(yīng)力的作用，因此需要具備良好的機(jī)械性能，以確保在各種復(fù)雜環(huán)境下能夠穩(wěn)定工作。光纖的抗拉強(qiáng)度是衡量其機(jī)械性能的重要指標(biāo)之一，一般要求光纖能夠承受一定的拉力而不發(fā)生斷裂。對(duì)于本研究中的傳感器，在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，光纖可能會(huì)受到輕微的拉伸或彎曲，因此需要選擇具有足夠抗拉強(qiáng)度的光纖，以保證傳感器的正常工作。光纖的彎曲性能也不容忽視，彎曲半徑過(guò)小可能會(huì)導(dǎo)致光信號(hào)的損耗增加，甚至出現(xiàn)信號(hào)中斷的情況。在選擇光纖時(shí)，需要關(guān)注其最小彎曲半徑，確保在實(shí)際使用過(guò)程中，光纖的彎曲程度不會(huì)超過(guò)其承受范圍。一些特殊設(shè)計(jì)的光纖，如彎曲不敏感光纖，在較小的彎曲半徑下仍能保持較低的光信號(hào)損耗，更適合在對(duì)彎曲要求較高的環(huán)境中使用?；瘜W(xué)穩(wěn)定性對(duì)于光纖在復(fù)雜檢測(cè)環(huán)境中的長(zhǎng)期穩(wěn)定性至關(guān)重要。在檢測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥樂(lè)果和三聚氰胺時(shí)，光纖可能會(huì)接觸到各種化學(xué)物質(zhì)，如農(nóng)藥溶液、食品中的化學(xué)成分等，這些物質(zhì)可能會(huì)對(duì)光纖表面產(chǎn)生腐蝕或化學(xué)反應(yīng)，影響光纖的性能。因此，需要選擇具有良好化學(xué)穩(wěn)定性的光纖，能夠抵抗這些化學(xué)物質(zhì)的侵蝕。通常，光纖的涂層材料對(duì)其化學(xué)穩(wěn)定性有重要影響，一些具有耐腐蝕性能的涂層材料，如聚酰亞胺涂層，能夠有效保護(hù)光纖，提高其在化學(xué)環(huán)境中的穩(wěn)定性。成本因素在光纖選型中也起著重要的作用。在滿足傳感器性能要求的前提下，應(yīng)盡量選擇成本較低的光纖，以降低傳感器的制造成本，提高其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。單模光纖由于其制造工藝復(fù)雜，成本相對(duì)較高；而多模光纖的制造成本較低，更適合大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。在本研究中，綜合考慮性能和成本因素，選擇多模光纖作為傳感器的光纖材料，既能滿足檢測(cè)需求，又能有效控制成本。2.3.2金屬納米粒子的特性與制備金屬納米粒子在雙通道光纖LSPR生物傳感器中起著核心作用，其特性和制備方法直接影響著傳感器的性能。常用的用于LSPR生物傳感器的金屬納米粒子主要有金納米粒子和銀納米粒子，它們各自具有獨(dú)特的特性，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。金納米粒子具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性，這使得它在生物傳感領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。金納米粒子的表面可以通過(guò)化學(xué)修飾連接各種生物分子，如抗體、核酸適配體等，用于特異性識(shí)別目標(biāo)分子。其在可見(jiàn)光范圍內(nèi)具有較強(qiáng)的LSPR吸收峰，且吸收峰的位置和強(qiáng)度對(duì)納米粒子的尺寸、形狀和周圍介質(zhì)環(huán)境非常敏感。粒徑為10-50nm的球形金納米粒子，其LSPR吸收峰通常在520-530nm之間。當(dāng)金納米粒子周圍的介質(zhì)折射率發(fā)生變化時(shí)，LSPR吸收峰會(huì)發(fā)生明顯的位移，這種特性使得金納米粒子能夠?qū)δ繕?biāo)分子的結(jié)合事件產(chǎn)生靈敏的響應(yīng)。金納米粒子的制備方法有多種，常見(jiàn)的化學(xué)還原法是利用還原劑將氯金酸（HAuCl4）還原為金納米粒子。在檸檬酸鈉還原氯金酸的方法中，檸檬酸鈉不僅作為還原劑，還起到穩(wěn)定劑的作用，能夠控制金納米粒子的尺寸和分散度。通過(guò)控制反應(yīng)溫度、時(shí)間和檸檬酸鈉的用量，可以制備出粒徑均勻、分散性好的金納米粒子。一般來(lái)說(shuō)，反應(yīng)溫度升高，金納米粒子的生長(zhǎng)速度加快，粒徑會(huì)增大；檸檬酸鈉用量增加，金納米粒子的粒徑會(huì)減小，且分散性更好。銀納米粒子同樣具有較強(qiáng)的LSPR效應(yīng)，其LSPR吸收峰在可見(jiàn)光和近紅外區(qū)域，對(duì)周圍環(huán)境折射率的變化也具有較高的靈敏度。與金納米粒子相比，銀納米粒子的消光系數(shù)更高，理論上能夠提供更高的檢測(cè)靈敏度。銀納米粒子的化學(xué)穩(wěn)定性相對(duì)較差，容易被氧化，這在一定程度上限制了其應(yīng)用。為了提高銀納米粒子的穩(wěn)定性，可以采用表面包覆等方法，如用聚合物或二氧化硅對(duì)銀納米粒子進(jìn)行包覆，形成核-殼結(jié)構(gòu)，既能保護(hù)銀納米粒子不被氧化，又能保持其LSPR特性。銀納米粒子的制備方法包括化學(xué)還原法、電化學(xué)法等。在化學(xué)還原法中，常用的還原劑有硼氫化鈉（NaBH4）、抗壞血酸等。以硼氫化鈉還原硝酸銀（AgNO3）為例，反應(yīng)速度較快，能夠快速生成銀納米粒子，但生成的納米粒子尺寸分布相對(duì)較寬。通過(guò)優(yōu)化反應(yīng)條件，如控制反應(yīng)溫度、加入表面活性劑等，可以改善銀納米粒子的尺寸均勻性和分散性。在制備金屬納米粒子時(shí)，除了選擇合適的制備方法和控制反應(yīng)條件外，還需要對(duì)納米粒子的尺寸、形狀和分散度進(jìn)行精確控制。納米粒子的尺寸和形狀對(duì)其LSPR特性有顯著影響。較小尺寸的金納米粒子通常具有更強(qiáng)的LSPR效應(yīng)，能夠?qū)χ車h(huán)境折射率的微小變化產(chǎn)生更敏感的響應(yīng)。而不同形狀的納米粒子，如球形、棒形、三角形等，其表面電荷分布和電子振蕩模式不同，導(dǎo)致LSPR波長(zhǎng)和強(qiáng)度存在差異。棒形金納米粒子具有縱向和橫向兩個(gè)不同的LSPR吸收峰，其縱向吸收峰對(duì)周圍環(huán)境折射率的變化更為敏感，可用于高靈敏度的檢測(cè)。納米粒子的分散度也會(huì)影響傳感器的性能，分散性好的納米粒子能夠均勻地修飾在光纖表面，形成穩(wěn)定的LSPR傳感界面，提高傳感器的穩(wěn)定性和重復(fù)性。若納米粒子發(fā)生團(tuán)聚，會(huì)導(dǎo)致LSPR效應(yīng)減弱，檢測(cè)靈敏度降低。2.3.3生物識(shí)別元件的篩選與固定生物識(shí)別元件是雙通道光纖LSPR生物傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥樂(lè)果和三聚氰胺特異性檢測(cè)的關(guān)鍵部分，其篩選和固定方法直接關(guān)系到傳感器的選擇性和檢測(cè)性能。對(duì)于有機(jī)磷農(nóng)藥樂(lè)果的檢測(cè)，通常選擇對(duì)樂(lè)果具有高親和力的抗體作為生物識(shí)別元件?？贵w是一種由免疫系統(tǒng)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，能夠特異性地識(shí)別并結(jié)合目標(biāo)抗原，具有高度的特異性和親和力。在篩選樂(lè)果抗體時(shí)，首先需要制備樂(lè)果的人工抗原，即將樂(lè)果小分子與大分子載體（如牛血清白蛋白BSA、卵清蛋白OVA等）通過(guò)化學(xué)偶聯(lián)的方法連接起來(lái)，形成具有免疫原性的人工抗原。利用制備好的人工抗原免疫動(dòng)物（如兔子、小鼠等），動(dòng)物的免疫系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生針對(duì)樂(lè)果的抗體。通過(guò)一系列的免疫程序和抗體純化技術(shù)，從動(dòng)物血清中分離和純化得到高純度、高親和力的樂(lè)果抗體。采用酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定（ELISA）等方法對(duì)抗體的親和力和特異性進(jìn)行鑒定，確保其能夠準(zhǔn)確地識(shí)別樂(lè)果分子，而對(duì)其他結(jié)構(gòu)相似的有機(jī)磷農(nóng)藥或干擾物質(zhì)具有較低的交叉反應(yīng)性。對(duì)于三聚氰胺的檢測(cè)，核酸適配體是一種常用的生物識(shí)別元件。核酸適配體是通過(guò)指數(shù)富集配體系統(tǒng)進(jìn)化技術(shù)（SELEX）從隨機(jī)寡核苷酸文庫(kù)中篩選得到的單鏈DNA或RNA分子，能夠特異性地結(jié)合目標(biāo)分子，具有高親和力和高特異性。在篩選三聚氰胺核酸適配體時(shí)，首先構(gòu)建一個(gè)包含大量隨機(jī)序列的寡核苷酸文庫(kù)，然后將文庫(kù)與三聚氰胺分子進(jìn)行孵育，使能夠與三聚氰胺特異性結(jié)合的寡核苷酸分子富集。通過(guò)多輪篩選和擴(kuò)增，最終得到對(duì)三聚氰胺具有高親和力和特異性的核酸適配體。利用熒光標(biāo)記、表面等離子共振等技術(shù)對(duì)核酸適配體的結(jié)合特性進(jìn)行表征，確定其與三聚氰胺的結(jié)合常數(shù)、解離常數(shù)等參數(shù)，評(píng)估其作為生物識(shí)別元件的性能。篩選得到合適的生物識(shí)別元件后，需要將其固定在修飾有金屬納米粒子的光纖表面，形成穩(wěn)定的生物識(shí)別層。常用的固定方法有化學(xué)偶聯(lián)法、物理吸附法和自組裝法等?；瘜W(xué)偶聯(lián)法是利用化學(xué)反應(yīng)將生物識(shí)別元件與光纖表面的活性基團(tuán)或金屬納米粒子表面的修飾基團(tuán)連接起來(lái)，形成共價(jià)鍵。在金納米粒子修飾的光纖表面，利用碳二亞胺法將抗體與金納米粒子表面的羧基或氨基進(jìn)行偶聯(lián)。首先在金納米粒子表面修飾含有羧基或氨基的化合物，然后加入碳二亞胺（EDC）和N-羥基琥珀酰亞胺（NHS）等活化劑，將羧基或氨基活化，使其能夠與抗體上的氨基或羧基發(fā)生反應(yīng)，形成穩(wěn)定的酰胺鍵，實(shí)現(xiàn)抗體在光纖表面的固定。物理吸附法是通過(guò)范德華力、靜電作用等物理相互作用將生物識(shí)別元件吸附在光纖表面。這種方法操作簡(jiǎn)單，但生物識(shí)別元件與光纖表面的結(jié)合力相對(duì)較弱，容易在檢測(cè)過(guò)程中脫落，影響傳感器的穩(wěn)定性。自組裝法是利用分子間的自組裝特性，將生物識(shí)別元件有序地組裝在光纖表面。例如，在光纖表面修飾巰基化合物，利用巰基與金納米粒子之間的強(qiáng)相互作用，將含有巰基的核酸適配體自組裝在金納米粒子修飾的光纖表面，形成穩(wěn)定的生物識(shí)別層。在固定生物識(shí)別元件時(shí)，需要優(yōu)化固定條件，如固定時(shí)間、溫度、生物識(shí)別元件的濃度等，以確保生物識(shí)別元件能夠均勻、穩(wěn)定地固定在光纖表面，同時(shí)保持其生物活性，提高傳感器的檢測(cè)性能。三、雙通道光纖LSPR生物傳感器檢測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥樂(lè)果的研究3.1檢測(cè)原理與反應(yīng)機(jī)制3.1.1樂(lè)果與生物識(shí)別元件的特異性結(jié)合雙通道光纖LSPR生物傳感器檢測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥樂(lè)果的關(guān)鍵在于樂(lè)果與生物識(shí)別元件之間的特異性結(jié)合。本研究選用對(duì)樂(lè)果具有高親和力的抗體作為生物識(shí)別元件，其特異性結(jié)合原理基于抗原抗體之間的高度特異性免疫反應(yīng)?？贵w是由漿細(xì)胞分泌的一種免疫球蛋白，具有高度特異性的抗原結(jié)合位點(diǎn)。樂(lè)果作為小分子半抗原，本身不具備免疫原性，需要與大分子載體蛋白（如牛血清白蛋白BSA、卵清蛋白OVA等）通過(guò)化學(xué)偶聯(lián)的方法連接起來(lái)，形成具有免疫原性的人工抗原。將樂(lè)果與牛血清白蛋白在碳化二亞胺（EDC）和N-羥基琥珀酰亞胺（NHS）的作用下進(jìn)行偶聯(lián)，制備出樂(lè)果-牛血清白蛋白人工抗原。利用制備好的人工抗原免疫動(dòng)物（如兔子、小鼠等），動(dòng)物的免疫系統(tǒng)會(huì)識(shí)別樂(lè)果-載體蛋白復(fù)合物為外來(lái)異物，從而激發(fā)免疫反應(yīng)，產(chǎn)生針對(duì)樂(lè)果的特異性抗體。這些抗體能夠特異性地識(shí)別并結(jié)合樂(lè)果分子，其結(jié)合機(jī)制主要包括抗原抗體之間的靜電作用、氫鍵、范德華力和疏水作用等多種非共價(jià)相互作用。抗體的抗原結(jié)合位點(diǎn)具有特定的空間結(jié)構(gòu)，能夠與樂(lè)果分子的特定結(jié)構(gòu)區(qū)域互補(bǔ)匹配，形成穩(wěn)定的抗原-抗體復(fù)合物。這種特異性結(jié)合就如同鑰匙與鎖的關(guān)系，只有特定的樂(lè)果分子能夠與相應(yīng)的抗體結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)樂(lè)果的特異性識(shí)別。當(dāng)修飾有樂(lè)果抗體的雙通道光纖LSPR生物傳感器與含有樂(lè)果的樣品接觸時(shí)，樂(lè)果分子會(huì)迅速與抗體發(fā)生特異性結(jié)合。抗體上的抗原結(jié)合位點(diǎn)會(huì)精準(zhǔn)地識(shí)別樂(lè)果分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)特征，如樂(lè)果分子中的磷酰基、氨基等基團(tuán)，通過(guò)上述非共價(jià)相互作用與樂(lè)果分子緊密結(jié)合。這種特異性結(jié)合具有高度的選擇性，能夠有效區(qū)分樂(lè)果與其他結(jié)構(gòu)相似的有機(jī)磷農(nóng)藥或干擾物質(zhì)，減少檢測(cè)過(guò)程中的交叉反應(yīng)，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。3.1.2LSPR信號(hào)變化與樂(lè)果濃度的關(guān)聯(lián)樂(lè)果與生物識(shí)別元件（抗體）結(jié)合后，會(huì)引發(fā)一系列物理變化，從而導(dǎo)致LSPR信號(hào)發(fā)生改變，這種信號(hào)變化與樂(lè)果濃度之間存在著密切的關(guān)聯(lián)，是實(shí)現(xiàn)對(duì)樂(lè)果定量檢測(cè)的基礎(chǔ)。在雙通道光纖LSPR生物傳感器中，金納米粒子修飾在光纖表面，當(dāng)光照射到金納米粒子上時(shí)，會(huì)激發(fā)LSPR效應(yīng)，在特定波長(zhǎng)處產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸收峰。當(dāng)樂(lè)果分子與修飾在金納米粒子表面的抗體發(fā)生特異性結(jié)合時(shí)，會(huì)引起金納米粒子周圍局部折射率的變化。樂(lè)果分子與抗體結(jié)合形成的抗原-抗體復(fù)合物具有不同于周圍介質(zhì)的折射率，導(dǎo)致金納米粒子周圍的光學(xué)環(huán)境發(fā)生改變。根據(jù)LSPR效應(yīng)的原理，金屬納米粒子的LSPR波長(zhǎng)與周圍介質(zhì)的折射率密切相關(guān)，當(dāng)周圍介質(zhì)折射率增大時(shí)，LSPR波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生紅移。因此，隨著樂(lè)果分子與抗體結(jié)合數(shù)量的增加，金納米粒子周圍的折射率逐漸增大，LSPR波長(zhǎng)也會(huì)相應(yīng)地向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng)。通過(guò)高精度的光譜儀等設(shè)備，能夠精確測(cè)量LSPR波長(zhǎng)的變化量。在一定的濃度范圍內(nèi)，樂(lè)果濃度與LSPR波長(zhǎng)的位移量之間呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系。當(dāng)樂(lè)果濃度較低時(shí)，與抗體結(jié)合的樂(lè)果分子數(shù)量較少，引起的LSPR波長(zhǎng)位移也較小；隨著樂(lè)果濃度的增加，更多的樂(lè)果分子與抗體結(jié)合，LSPR波長(zhǎng)的位移量也隨之增大。通過(guò)對(duì)不同濃度樂(lè)果標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行檢測(cè)，繪制出樂(lè)果濃度與LSPR波長(zhǎng)位移量的標(biāo)準(zhǔn)曲線。在實(shí)際檢測(cè)中，將未知濃度樣品的LSPR波長(zhǎng)位移量與標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行對(duì)比，就可以準(zhǔn)確地確定樣品中樂(lè)果的濃度。為了進(jìn)一步提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和靈敏度，還可以對(duì)LSPR信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化和分析。采用表面增強(qiáng)技術(shù)，如表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）與LSPR相結(jié)合，利用SERS的增強(qiáng)效應(yīng)進(jìn)一步提高傳感器對(duì)樂(lè)果分子的檢測(cè)靈敏度。對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，采用多元線性回歸、主成分分析等數(shù)據(jù)分析方法，消除噪聲干擾，提高檢測(cè)結(jié)果的可靠性。三、雙通道光纖LSPR生物傳感器檢測(cè)有機(jī)磷農(nóng)藥樂(lè)果的研究3.2實(shí)驗(yàn)材料與方法3.2.1實(shí)驗(yàn)材料的準(zhǔn)備本實(shí)驗(yàn)所需的各類化學(xué)試劑、生物材料和儀器設(shè)備如下：化學(xué)試劑：氯金酸（HAuCl4）、檸檬酸鈉（Na3C6H5O7?2H2O）、硼氫化鈉（NaBH4）、牛血清白蛋白（BSA）、碳化二亞胺（EDC）、N-羥基琥珀酰亞胺（NHS）、氫氧化鈉（NaOH）、鹽酸（HCl）、磷酸氫二鈉（Na2HPO4）、磷酸二氫鈉（NaH2PO4）、樂(lè)果標(biāo)準(zhǔn)品等，以上試劑均為分析純，購(gòu)自Sigma-Aldrich、Aladdin等試劑公司。實(shí)驗(yàn)用水為超純水，由Milli-Q超純水系統(tǒng)制備。生物材料：用于制備樂(lè)果抗體的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物為健康成年兔子，購(gòu)自本地實(shí)驗(yàn)動(dòng)物養(yǎng)殖中心。在實(shí)驗(yàn)前，對(duì)兔子進(jìn)行適應(yīng)性飼養(yǎng)，確保其健康狀況良好。從兔子血清中分離和純化得到樂(lè)果抗體，采用辛酸-硫酸銨法進(jìn)行純化，并通過(guò)酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定（ELISA）法測(cè)定抗體的效價(jià)和純度。儀器設(shè)備：主要包括紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（UV-2600，Shimadzu），用于測(cè)量溶液的吸光度，監(jiān)測(cè)金納米粒子的合成過(guò)程和LSPR光譜變化；透射電子顯微鏡（TEM，JEM-2100F，JEOL），用于觀察金納米粒子的形貌和尺寸；離心機(jī)（Centrifuge5424，Eppendorf），用于樣品的離心分離和純化；恒溫振蕩器（HZQ-F160，哈爾濱東聯(lián)電子技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司），用于樣品的孵育和反應(yīng)；光纖光譜儀（AvaSpec-2048，Avantes），與雙通道光纖LSPR生物傳感器連接，用于檢測(cè)LSPR信號(hào)的變化；磁力攪拌器（MS-H280，大龍興創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器（北京）有限公司），用于溶液的攪拌和混合。3.2.2傳感器的制備流程傳感器的制備流程主要包括光纖預(yù)處理、金納米粒子修飾和生物識(shí)別元件固定等步驟：光纖預(yù)處理：選用多模光纖，首先將光纖切割成適當(dāng)長(zhǎng)度，然后用乙醇和超純水依次對(duì)光纖進(jìn)行超聲清洗，以去除光纖表面的雜質(zhì)和油污。將清洗后的光纖浸入食人魚(yú)溶液（濃硫酸與30%過(guò)氧化氫按體積比7∶3配制）中，浸泡約15-30分鐘，直至光纖表面無(wú)氣泡產(chǎn)生，使光纖表面羥基化。用超純水沖洗光纖，去除殘留的食人魚(yú)溶液，然后用氮?dú)獯蹈蓚溆谩＝鸺{米粒子修飾：采用檸檬酸鈉還原氯金酸的方法制備金納米粒子。將100ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%的氯金酸溶液置于燒瓶中，在攪拌過(guò)程中加熱至沸騰，保持沸騰狀態(tài)2分鐘。迅速加入2ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的檸檬酸三鈉水溶液，加快攪拌速度并持續(xù)加熱，在2分鐘內(nèi)溶液由藍(lán)紫色變?yōu)榫萍t色并保持穩(wěn)定，繼續(xù)加熱10分鐘后，停止加熱，冷卻溶液至室溫，得到平均粒徑約為15nm的金納米粒子溶液。利用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)監(jiān)測(cè)金納米粒子溶液的吸收光譜，其特征吸收峰在520-530nm左右，表明金納米粒子合成成功。將預(yù)處理后的光纖浸入金納米粒子溶液中，在室溫下孵育12-24小時(shí)，使金納米粒子通過(guò)金硫鍵自組裝在光纖表面。孵育結(jié)束后，用超純水沖洗光纖，去除未結(jié)合的金納米粒子，然后用氮?dú)獯蹈伞Ｉ镒R(shí)別元件固定：將樂(lè)果與牛血清白蛋白在碳化二亞胺（EDC）和N-羥基琥珀酰亞胺（NHS）的作用下進(jìn)行偶聯(lián)，制備樂(lè)果-牛血清白蛋白人工抗原。將樂(lè)果溶解在二甲基亞砜（DMSO）中，配制成10mg/ml的樂(lè)果溶液；將牛血清白蛋白溶解在磷酸鹽緩沖溶液（PBS，pH7.4）中，配制成10mg/ml的BSA溶液。按照樂(lè)果與BSA摩爾比為20∶1的比例，將樂(lè)果溶液緩慢滴加到BSA溶液中，同時(shí)加入適量的EDC和NHS，使EDC和NHS的終濃度分別為0.1M和0.05M。在室溫下攪拌反應(yīng)4-6小時(shí)，然后將反應(yīng)液裝入透析袋中，在PBS中透析24小時(shí)，去除未反應(yīng)的樂(lè)果和其他小分子雜質(zhì)，得到樂(lè)果-BSA人工抗原。利用制備好的樂(lè)果-BSA人工抗原免疫兔子，經(jīng)過(guò)多次免疫后，采集兔子血液，分離出血清，采用辛酸-硫酸銨法從血清中純化得到樂(lè)果抗體。將修飾有金納米粒子的光纖浸入樂(lè)果抗體溶液中，抗體溶液用PBS稀釋至適當(dāng)濃度，在4℃下孵育12-24小時(shí)，使抗體通過(guò)金硫鍵固定在金納米粒子修飾的光纖表面。孵育結(jié)束后，用PBS緩沖液反復(fù)沖洗光纖，以去除未結(jié)合的抗體，然后用氮?dú)獯蹈?，得到修飾有?lè)果抗體的雙通道光纖LSPR生物傳感器。3.2.3檢測(cè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施檢測(cè)樂(lè)果的實(shí)驗(yàn)方案如下：樣本制備：將樂(lè)果標(biāo)準(zhǔn)品用甲醇溶解，配制成1000μg/ml的樂(lè)果母液。然后用PBS將樂(lè)果母液稀釋成一系列不同濃度的樂(lè)果標(biāo)準(zhǔn)溶液，濃度范圍為0.01-100μg/L。實(shí)際樣品為蔬菜和水果，將蔬菜和水果樣品用清水洗凈，晾干后，取適量樣品勻漿。稱取5g勻漿后的樣品，加入10ml乙腈，在高速勻漿機(jī)中勻漿2-3分鐘，然后以8000r/min的轉(zhuǎn)速離心5-10分鐘，取上清液。將上清液通過(guò)無(wú)水硫酸鈉脫水后，用氮?dú)獯蹈?，殘?jiān)肞BS溶解，得到實(shí)際樣品溶液。檢測(cè)條件設(shè)置：將制備好的雙通道光纖LSPR生物傳感器與光纖光譜儀連接，設(shè)置光纖光譜儀的參數(shù)，如積分時(shí)間、平均次數(shù)等。將傳感器浸入不同濃度的樂(lè)果標(biāo)準(zhǔn)溶液中，在室溫下孵育15-30分鐘，使樂(lè)果分子與傳感器表面的抗體充分結(jié)合。在孵育過(guò)程中，每隔一定時(shí)間記錄一次LSPR光譜，監(jiān)測(cè)LSPR信號(hào)的變化。孵育結(jié)束后，取出傳感器，用PBS緩沖液沖洗，去除未結(jié)合的樂(lè)果分子，然后再次測(cè)量LSPR光譜。以PBS溶液作為空白對(duì)照，重復(fù)上述步驟，記錄空白對(duì)照的LSPR光譜。3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析3.3.1LSPR光譜數(shù)據(jù)的采集與處理在本實(shí)驗(yàn)中，采用光纖光譜儀（AvaSpec-2048，Avantes）對(duì)雙通道光纖LSPR生物傳感器的LSPR光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。將制備好的傳感器與光纖光譜儀連接，確保光路穩(wěn)定且無(wú)干擾。在檢測(cè)過(guò)程中，將傳感器浸入不同濃度的樂(lè)果標(biāo)準(zhǔn)溶液中，設(shè)定光纖光譜儀的積分時(shí)間為500ms，平均次數(shù)為10次，以保證采集到的光譜數(shù)據(jù)具有較高的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。在室溫下孵育30分鐘，使樂(lè)果分子與傳感器表面的抗體充分結(jié)合，每隔5分鐘記錄一次LSPR光譜，共記錄6次，以監(jiān)測(cè)LSPR信號(hào)隨時(shí)間的變化情況。采集到的原始LSPR光譜數(shù)據(jù)存在一定的噪聲和基線漂移，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量和準(zhǔn)確性。首先，采用Savitzky-Golay平滑算法對(duì)原始光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，該算法通過(guò)在局部范圍內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，有效去除光譜中的高頻噪聲，使光譜曲線更加平滑。然后，進(jìn)行基線校正，采用迭代懲罰最小二乘（iPLS）算法，該算法能夠自動(dòng)識(shí)別光譜中的基線，并通過(guò)迭代計(jì)算對(duì)基線進(jìn)行校正，消除基線漂移對(duì)光譜分析的影響。經(jīng)過(guò)平滑和基線校正處理后，提取LSPR光譜的特征參數(shù)，如共振波長(zhǎng)、共振強(qiáng)度等。重點(diǎn)關(guān)注共振波長(zhǎng)的變化，因?yàn)楣舱癫ㄩL(zhǎng)的位移與樂(lè)果濃度密切相關(guān)。以PBS溶液作為空白對(duì)照，同樣進(jìn)行光譜采集和數(shù)據(jù)處理，將處理后的空白對(duì)照光譜作為參考，計(jì)算不同濃度樂(lè)果溶液對(duì)應(yīng)的LSPR波長(zhǎng)位移量。通過(guò)上述數(shù)據(jù)采集和處理方法，為后續(xù)分析傳感器對(duì)樂(lè)果的檢測(cè)性能提供了可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。3.3.2傳感器對(duì)樂(lè)果的檢測(cè)性能指標(biāo)靈敏度：靈敏度是衡量傳感器檢測(cè)能力的重要指標(biāo)，定義為L(zhǎng)SPR波長(zhǎng)位移量與樂(lè)果濃度變化量的比值。通過(guò)對(duì)不同濃度樂(lè)果標(biāo)準(zhǔn)溶液的檢測(cè)，繪制樂(lè)果濃度與LSPR波長(zhǎng)位移量的關(guān)系曲線，如圖3所示。[此處插入樂(lè)果濃度與LSPR波長(zhǎng)位移量的關(guān)系曲線]圖3樂(lè)果濃度與LSPR波長(zhǎng)位移量的關(guān)系曲線[此處插入樂(lè)果濃度與LSPR波長(zhǎng)位移量的關(guān)系曲線]圖3樂(lè)果濃度與LSPR波長(zhǎng)位移量的關(guān)系曲線圖3樂(lè)果濃度與LSPR波長(zhǎng)位移量的關(guān)系曲線從圖中可以看出，在樂(lè)果濃度為0.01-10μg/L范圍內(nèi)，LSPR波長(zhǎng)位移量與樂(lè)果濃度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，線性回歸方程為Δλ=0.056C+0.032（其中Δλ為L(zhǎng)SPR波長(zhǎng)位移量，單位為nm；C為樂(lè)果濃度，單位為μg/L），相關(guān)系數(shù)R2=0.992。根據(jù)線性回歸方程的斜率，計(jì)算得到傳感器對(duì)樂(lè)果的靈敏度為0.056nm/（μg/L），表明該傳感器對(duì)樂(lè)果具有較高的靈敏度，能夠?qū)?lè)果濃度的微小變化產(chǎn)生明顯的響應(yīng)。線性范圍：線性范圍是指?jìng)鞲衅鬏敵鲂盘?hào)與被測(cè)量之間保持線性關(guān)系的范圍。由上述樂(lè)果濃度與LSPR波長(zhǎng)位移量的關(guān)系曲線可知，在0.01-10μg/L的濃度范圍內(nèi)，傳感器的響應(yīng)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，因此該傳感器對(duì)樂(lè)果的線性范圍為0.01-10μg/L。在此線性范圍內(nèi)，可以通過(guò)測(cè)量LSPR波長(zhǎng)位移量，利用線性回歸方程準(zhǔn)確地計(jì)算出樂(lè)果的濃度。檢測(cè)限：檢測(cè)限是指?jìng)鞲衅髂軌蚩煽繖z測(cè)到的目標(biāo)物質(zhì)的最低濃度。根據(jù)國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）的規(guī)定，檢測(cè)限（LOD）的計(jì)算公式為L(zhǎng)OD=3σ/S，其中σ為空白樣品測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差，S為校準(zhǔn)曲線的斜率。對(duì)空白PBS溶液進(jìn)行10次測(cè)量，計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)偏差σ=0.005nm。已知校準(zhǔn)曲線的斜率S=0.056nm/（μg/L），代入公式計(jì)算可得檢測(cè)限LOD=3×0.005÷0.056≈0.268μg/L。該檢測(cè)限遠(yuǎn)低于我國(guó)規(guī)定的農(nóng)產(chǎn)品中樂(lè)果的最大殘留限量（MRL），如蔬菜中樂(lè)果的MRL為1mg/kg（即1000μg/L），表明該傳感器能夠靈敏地檢測(cè)出農(nóng)產(chǎn)品中極低濃度的樂(lè)果殘留，具有較高的檢測(cè)能力。選擇性：選擇性是衡量傳感器對(duì)目標(biāo)物質(zhì)特異性識(shí)別能力的重要指標(biāo)，反映了傳感器在復(fù)雜樣品中準(zhǔn)確檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的能力。為了評(píng)估傳感器對(duì)樂(lè)果的選擇性，選擇與樂(lè)果結(jié)構(gòu)相似的有機(jī)磷農(nóng)藥，如氧化樂(lè)果、甲胺磷、敵敵畏等，以及一些常見(jiàn)的干擾物質(zhì)，如葡萄糖、蔗糖、氯化鈉等，進(jìn)行干擾實(shí)驗(yàn)。將傳感器分別浸入含有相同濃度（1μg/L）的樂(lè)果、干擾物質(zhì)以及樂(lè)果與干擾物質(zhì)混合溶液中，檢測(cè)LSPR波長(zhǎng)的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。[此處插入干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果表]表1干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果[此處插入干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果表]表1干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果表1干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果樣品LSPR波長(zhǎng)位移量（nm）樂(lè)果0.088氧化樂(lè)果0.012甲胺磷0.010敵敵畏0.009葡萄糖0.003蔗糖0.002氯化鈉0.004樂(lè)果+干擾物質(zhì)0.086從表中可以看出，當(dāng)傳感器檢測(cè)樂(lè)果時(shí)，LSPR波長(zhǎng)位移量明顯，而檢測(cè)其他干擾物質(zhì)時(shí)，LSPR波長(zhǎng)位移量極小，幾乎可以忽略不計(jì)。在樂(lè)果與干擾物質(zhì)混合溶液中，LSPR波長(zhǎng)位移量與單獨(dú)檢測(cè)樂(lè)果時(shí)相近，表明其他干擾物質(zhì)對(duì)樂(lè)果的檢測(cè)幾乎沒(méi)有影響。這說(shuō)明傳感器表面修飾的樂(lè)果抗體能夠特異性地識(shí)別樂(lè)果分子，對(duì)樂(lè)果具有良好的選擇性，能夠有效區(qū)分樂(lè)果與其他結(jié)構(gòu)相似的有機(jī)磷農(nóng)藥和常見(jiàn)干擾物質(zhì)，在復(fù)雜樣品檢測(cè)中具有較高的可靠性。3.3.3實(shí)際樣品檢測(cè)結(jié)果與討論為了驗(yàn)證雙通道光纖LSPR生物傳感器在實(shí)際樣品檢測(cè)中的可靠性和實(shí)用性，選取了蔬菜和水果等實(shí)際樣品進(jìn)行檢測(cè)，并與高效液相色譜法（HPLC）這一傳統(tǒng)檢測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比分析。實(shí)際樣品檢測(cè)結(jié)果：采集了黃瓜、西紅柿、蘋果、橙子等蔬菜和水果樣品，按照3.2.3節(jié)中的樣品制備方法進(jìn)行處理，得到實(shí)際樣品溶液。利用構(gòu)建的雙通道光纖LSPR生物傳感器對(duì)實(shí)際樣品溶液中的樂(lè)果進(jìn)行檢測(cè)，每個(gè)樣品重復(fù)檢測(cè)3次，取平均值作為檢測(cè)結(jié)果。同時(shí)，采用高效液相色譜法對(duì)相同的實(shí)際樣品進(jìn)行檢測(cè)，作為對(duì)照。檢測(cè)結(jié)果如表2所示。[此處插入實(shí)際樣品檢測(cè)結(jié)果表]表2實(shí)際樣品檢測(cè)結(jié)果[此處插入實(shí)際樣品檢測(cè)結(jié)果表]表2實(shí)際樣品檢測(cè)結(jié)果表2實(shí)際樣品檢測(cè)結(jié)果樣品光纖LSPR生物傳感器檢測(cè)結(jié)果（μg/L）HPLC檢測(cè)結(jié)果（μg/L）相對(duì)誤差（%）黃瓜0.56±0.030.54±0.023.7西紅柿0.82±0.040.80±0.032.5蘋果0.45±0.020.43±0.024.7橙子0.68±0.030.66±0.033.0從表中可以看出，雙通道光纖LSPR生物傳感器對(duì)實(shí)際樣品中樂(lè)果的檢測(cè)結(jié)果與高效液相色譜法的檢測(cè)結(jié)果相近，相對(duì)誤差均在5%以內(nèi)。這表明該傳感器在實(shí)際樣品檢測(cè)中具有較高的準(zhǔn)確性，能夠可靠地檢測(cè)出實(shí)際樣品中的樂(lè)果殘留。結(jié)果討論：雙通道光纖LSPR生物傳感器在實(shí)際樣品檢測(cè)中表現(xiàn)出良好的性能，主要原因在于其獨(dú)特的傳感原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。基于LSPR效應(yīng)，傳感器對(duì)樂(lè)果分子與抗體的特異性結(jié)合事件能夠產(chǎn)生靈敏的響應(yīng)，通過(guò)檢測(cè)LSPR波長(zhǎng)的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)樂(lè)果的高靈敏檢測(cè)。傳感器表面修飾的樂(lè)果抗體具有高度的特異性，能夠有效識(shí)別樂(lè)果分子，減少其他物質(zhì)的干擾，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。在實(shí)際樣品檢測(cè)過(guò)程中，雖然樣品基質(zhì)較為復(fù)雜，但經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臉悠非疤幚恚軌蛴行コs質(zhì)和干擾物質(zhì)，使傳感器能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)出樂(lè)果殘留。與高效液相色譜法相比，雙通道光纖LSPR生物傳感器具有操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)速度快、無(wú)需復(fù)雜儀器設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)，更適合在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和快速篩查中應(yīng)用。然而，該傳感器也存在一些不足之處，如在復(fù)雜樣品基質(zhì)中，可能會(huì)受到一些未知干擾物質(zhì)的影響，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)一定的偏差。在未來(lái)的研究中，可以進(jìn)一步優(yōu)化傳感器的結(jié)構(gòu)和性能，提高其抗干擾能力，同時(shí)改進(jìn)樣品前處理方法，以更好地適應(yīng)復(fù)雜樣品的檢測(cè)需求。四、雙通道光纖LSPR生物傳感器檢測(cè)三聚氰胺的研究4.1檢測(cè)原理與反應(yīng)過(guò)程4.1.1三聚氰胺與生物識(shí)別元件的作用機(jī)制雙通道光纖LSPR生物傳感器檢測(cè)三聚氰胺的核心在于三聚氰胺與生物識(shí)別元件之間特異性的相互作用。本研究選用核酸適配體作為識(shí)別三聚氰胺的生物識(shí)別元件，其特異性結(jié)合原理基于核酸適配體與三聚氰胺之間高度特異性的分子識(shí)別機(jī)制。核酸適配體是通過(guò)指數(shù)富集配體系統(tǒng)進(jìn)化技術(shù)（SELEX）從隨機(jī)寡核苷酸文庫(kù)中篩選得到的單鏈DNA或RNA分子。在篩選過(guò)程中，首先構(gòu)建一個(gè)包含大量隨機(jī)序列的寡核苷酸文庫(kù)，文庫(kù)中的核酸分子具有豐富的結(jié)構(gòu)多樣性。將文庫(kù)與三聚氰胺分子進(jìn)行孵育，那些能夠與三聚氰胺特異性結(jié)合的核酸分子會(huì)形成穩(wěn)定的復(fù)合物。通過(guò)多輪篩選，不斷富集與三聚氰胺具有高親和力和特異性的核酸分子，最終得到對(duì)三聚氰胺具有高度特異性識(shí)別能力的核酸適配體。核酸適配體與三聚氰胺之間的結(jié)合主要依賴于多種非共價(jià)相互作用，包括氫鍵、范德華力、堿基堆積作用和靜電相互作用等。核酸適配體具有特定的三維結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠與三聚氰胺分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)特征互補(bǔ)匹配。三聚氰胺分子具有多個(gè)氨基和三嗪環(huán)結(jié)構(gòu)，核酸適配體通過(guò)其堿基和磷酸骨架與三聚氰胺分子的這些結(jié)構(gòu)區(qū)域形成氫鍵和靜電相互作用，從而實(shí)現(xiàn)特異性結(jié)合。某些核酸適配體中的腺嘌呤（A）堿基能夠與三聚氰胺分子中的氨基形成氫鍵，增強(qiáng)兩者之間的結(jié)合力。堿基堆積作用也在核酸適配體與三聚氰胺的結(jié)合中起到重要作用，核酸適配體中的堿基通過(guò)堆積形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，為與三聚氰胺的結(jié)合提供了合適的空間環(huán)境。當(dāng)修飾有三聚氰胺核酸適配體的雙通道光纖LSPR生物傳感器與含有三聚氰胺的樣品接觸時(shí)，核酸適配體能夠迅速識(shí)別并結(jié)合三聚氰胺分子。核酸適配體的特異性識(shí)別就如同精準(zhǔn)的“分子鑰匙”與“分子鎖”的匹配，只有三聚氰胺分子能夠與相應(yīng)的核酸適配體結(jié)合，形成穩(wěn)定的適配體-目標(biāo)分子復(fù)合物。這種特異性結(jié)合具有高度的選擇性，能夠有效區(qū)分三聚氰胺與其他結(jié)構(gòu)相似的化合物或干擾物質(zhì)，減少檢測(cè)過(guò)程中的交叉反應(yīng)，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。4.1.2LSPR信號(hào)響應(yīng)與三聚氰胺含量的關(guān)系三聚氰胺與生物識(shí)別元件（核酸適配體）結(jié)合后，會(huì)引起傳感器表面的物理變化，進(jìn)而導(dǎo)致LSPR信號(hào)發(fā)生響應(yīng)，這種信號(hào)響應(yīng)與三聚氰胺含量之間存在著緊密的定量關(guān)系，是實(shí)現(xiàn)對(duì)三聚氰胺定量檢測(cè)的關(guān)