隨著農藥品種和用量的不斷增加,環境污染越來越嚴重,食品安全受到威脅。由于待測樣品量迅速增加,因此需要對農藥殘留進行快速檢測。采用傳統的色譜分析方法顯然無法滿足這種需求,而免疫分析技術則為農藥殘留的快速檢測提供了可能。
1.基本原理
常用于農藥殘留分析的免疫分析的技術有放射免疫分析(radioimmunoassay,RA)和酶免疫分析(enzyme immunoassay,EA)兩種。RIA創立于20世紀60年代,EIA是繼RIA之后,于20世紀70年代發展起來的一項新的免疫學技術。RIA與EIA技術一樣,由反應系統和檢測系統組成。在免疫反應系統中,RIA與EIA技術的原理基本一致,即抗原與抗體反應,形成抗原抗體復合物。但在檢測系統中,二者有本質的區別。RIA技術以放射性同位素(如251,32P,3H等)作指示劑(標記物),然后用γ射線探測儀或閃爍計數器測定γ射線或β射線的放射強度。
而在EIA技術中,用作標記物的指示劑為生物酶。酶是一種高效的生物催化劑,可與其底物發生特異性催化反應。生成的產物又可與另一種能產生顏色反應(生色源)或使紫外吸光值變化(供氫體)的化合物發生氧化還原反應。最后,用分光光度計測定底物液的吸光值,便可檢測指示劑的變化情況。
RIA技術操作過程中檢測放射性同位素需要昂貴的儀器設備和防輻射設備,并且需要專業人員,盡管RIA技術的靈敏度目前已達pg/mL水平,但它的應用前景受到限制。相對于RIA技術而言,EA技術有更多的優點,如靈敏度高、特異性強、成本低、便快速、自動化程度高、檢測方法多樣和安全等。因此,EIA技術,尤其是酶聯免疫吸附分析技術(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA),已成為目前使用最普及的免疫分析技術。下面主要介紹酶免疫分析ELISA分析方法。
2.酶免疫分析
20世紀70年代,由于酶免疫分析技術和單克隆抗體(McAb)制備技術的出現,免疫學技術取得了快速的發展。
混配農藥的生產和使用劇增,給抗體的制備和農藥免疫分析提出了新的問題。農藥多組分免疫分析的方法有兩種:一種是先制備單一農藥的單克隆抗體,然后把這些抗體混合在一起對樣品進行檢測,這種方法的缺點是制備抗體費時,而且抗體消耗量大;另一種方法是用能產生部分交叉反應的結構類似物,制成合適的免疫原,對動物進行免疫,以獲得針對某類具有相同或類似結構的農藥的特異性抗體,分析一類農藥。這種方法在檢測時間和成本上具有優勢,成為農藥免疫分析發展的一種趨勢。
近年來,國外已經有學者利用有機磷農藥中的結構類似物制備多克隆抗體,用來分析有機磷類農藥。如1998年Banks利用許多有機磷農藥的共有結構硫代磷酸酯通過一個4碳鏈與蛋白質聯結作免疫原,制備多克隆抗體。競爭性ELISA法檢測同類有機磷農藥對多克隆抗體的抑制率,結果顯示,殺螟硫磷、丁烯硫磷、巴胺磷和敵敵畏對上述多克隆抗體具有高抑制率,當抑制率為50%時,這四種農藥的濃度分別是4.8μg/mL,8.2μgmL,36.2g/mL和91.1ug/mL。2000年 Alcocer等人將4-膦酰基-2-丁烯酸(trans-4-phosphono-2-butenic acid,TPB)作抗原制備抗體,應用間接 ELISA檢測抗體的交叉反應。產生交叉反應的29種農藥中,毒蟲畏、乙基對氧磷和殺線磷三種農藥的I50分別是24ng/mL,37ng/mL和100ng/mL,低于TPB對抗體的I(225ng/mL)。這三種農藥的最低檢測限也低于TPB抗體已由多克隆抗體、單克隆抗體發展到重組抗體(Rec abs),之所以形成這樣一個發展趨勢是因為雜交瘤細胞并不能對一個給定多抗的特性進行人工操縱,而這種對一個給定多抗進行人工操縱的特性正是重組抗體的功能。重組抗體技術是指利用基因工程中的重組技術對一大群B細胞的重鏈V區(可變區)基因與同等大量輕鏈V區基因隨機融合以創造所有的組合,從而包含大量的結合位點(Fv區)。將這些結合位點克隆到噬菌體內,對它們的特異性進行選擇。
重組抗體技術產生的抗體不需經過任何一輪篩選即可得到,其成功率取決于功能輕鏈基因家族通過特殊引物擴增的效率,獲得抗體的速度快且相對容易。當然,重組抗體技術產生抗體的同時也會產生一些假基因。與單抗和多抗相比,重組抗體還有許多優點,如產生新功能以及改變親和性和特異性等。Marcos.J.C.Alcocer(2000)等人將重組抗體技術用于農藥分析,他們成功地從兩種鼠類雜交瘤細胞系中獲得兩個有功能的針對有機磷農藥毒死蜱的scFv(single-chain Fv)抗體。
我國學者20世紀90年代才開始農藥免疫分析的研究,主要是ELISA法。1992年,農業部天津環保所劉長武等人首先報道制備了對硫磷的抗體。隨后國內學者相繼進行了阿維菌素、莠去津、氯黃隆、殺蟲脒、甲胺磷、克百威等農藥的免疫分析。所獲抗體有些具有較高的檢測水平,而且具有特異性,例如莠去津的最小檢測濃度達1ng/mL,西瑪津可達0.5ng/mL,克百威≤0.01ng/Ml。目前我國學者在這一領域還處于摸索階段,在小分子農藥與載體蛋白的聯結、抗體的制備、ELISA檢測條件摸索和試劑盒研制等方面與國外還有很大的差距。
與國外不同,我國的農藥使用有自己的特點。雖然國家有關部門規定禁止在某些作物上使用高毒高殘留的農藥,但是,在農村這些農藥的使用量仍然較大,特別是有機磷類農藥。因此,建議我國學者多開展針對這些高毒高殘留農藥的酶聯免疫分析技術,以保障我國人們身心健康和促進農業的可持續發展。