综述：智能酶生物传感器的创新：推进水产养殖中抗生素残留的检测

本综述聚焦近十年智能酶生物传感器在水产食品（鱼、虾、蟹等）及水样中抗生素残留检测的创新进展，涵盖比色（占 62.5%）等类型，检测限低至 fM 级，梳理从天然酶到含生物识别元件 / 模拟酶及集成模拟酶传感器的发展，展望多功能智能传感等方向，助力食品安全。

　　

水产养殖抗生素残留检测的智能酶生物传感器研究进展

一、研究背景与传统检测方法局限

水产养殖中抗生素（如四环素类 TCs、β- 内酰胺类 BLCs、氟喹诺酮类 FQs 等）的使用虽有效控制病害，但残留引发的生态污染与公共健康风险（如耐药性）日益凸显。传统检测方法如液相色谱（HPLC）、液相 / 气相色谱 - 质谱联用（LC/GC–MS）、酶联免疫吸附测定（ELISA）等，因设备昂贵、前处理复杂、灵敏度不足等缺陷，难以满足现场快速筛查需求。

二、智能酶生物传感器的优势与分类

生物传感器凭借酶、抗体、适配体等生物识别元件的高特异性，结合比色、电化学等信号转换技术，具备快速响应、高灵敏度（可检测痕量残留）、便携低成本等优势，成为抗生素残留检测的前沿技术。其中，酶生物传感器因对目标物的高灵敏性与特异性，成为研究热点。其发展历经三个阶段：

1. 基于天然酶的生物传感器
   利用天然酶（如辣根过氧化物酶 HRP）的催化活性与结构特异性识别目标抗生素，通过催化反应产生可检测信号（如颜色变化、电流变化）。例如，HRP 催化鲁米诺 - H₂O₂- 胺氧化酶或 TMB-H₂O₂体系，通过氧化还原反应实现信号输出。但天然酶易受温度、pH、有机溶剂影响而失活，且对特定底物的选择性限制了检测范围。
   
   
2. 含生物识别元件与模拟酶的生物传感器
   为克服天然酶局限性，模拟酶（如纳米酶）被引入。模拟酶具备类似天然酶的催化活性，且稳定性更高，可耐受恶劣环境。通过集成生物识别元件（如抗体、适配体）与模拟酶，构建兼具特异性识别与高效催化能力的智能传感器。例如，利用适配体特异性结合目标抗生素，模拟酶催化信号放大，实现对多种抗生素（如恩诺沙星 ENR、环丙沙星 CIP）的高灵敏检测。
   
   
3. 集成识别与催化功能的模拟酶生物传感器
   进一步发展的智能系统无需额外生物识别元件，通过纳米酶自身结构实现对抗生素的识别与催化。例如，某些纳米材料（如金属纳米颗粒、金属有机框架 MOFs）兼具特异性吸附抗生素与模拟酶催化活性，简化了传感器构建流程，提升了系统稳定性，适用于复杂样品（如鱼塘水）中多种抗生素的高通量检测。
   
   

三、检测性能与应用实例

近十年研究显示，智能酶生物传感器在水产样品检测中表现卓越：

• 检测范围：可覆盖至少 23 种抗生素，包括四环素（OTC、TC）、磺胺类（SD、SMZ）、氨基糖苷类（NEO、KAN）等。
• 灵敏度：比色型传感器占 62.5%，检测限（LOD）低至 fM 级（如 10^-15 mol/L），满足欧盟等机构对痕量残留的检测要求。
• 应用场景：已成功应用于鱼类、虾类、蟹类等水产食品及养殖水体中抗生素残留的快速筛查，部分传感器可在 30 分钟内完成检测，无需大型仪器，适合现场实时监测。

四、挑战与未来展望

尽管取得显著进展，智能酶生物传感器仍面临挑战：

• 多重检测能力不足：目前多数传感器仅针对单一或少数几种抗生素，需开发多通道集成技术。
• 实际样品干扰：水产样品基质复杂（如蛋白质、金属离子），可能影响传感器特异性，需优化抗干扰设计。
• 产业化瓶颈：从实验室到实际应用的转化需解决成本控制、批量生产及标准化等问题。

未来研究方向包括：

1. 多功能智能传感策略：结合人工智能（AI）算法，开发具备自动数据处理与结果分析功能的便携式设备。
2. 高性能模拟酶开发：设计高稳定性、高催化效率的新型纳米酶，拓展检测范围。
3. 集成化识别 - 转换机制：构建 “一站式” 传感器，实现样本进样、分离、检测一体化，提升现场应用便捷性。

五、结论

智能酶生物传感器通过模拟酶技术与生物识别元件的创新整合，为水产养殖抗生素残留检测提供了高效、灵敏的解决方案。其从天然酶到集成模拟酶的技术演进，显著提升了检测性能与应用场景适配性。未来需进一步突破多重检测、抗干扰及产业化瓶颈，推动该技术在食品安全监管中的广泛应用，为保障公众健康与生态安全提供有力支撑。