科学观察, 2016, 11(1): 1-17
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Cite this article:
Xing Ying , Dong Yu* , Yuan Jianxia , Yang Yanping . Bibliometrical Analysis of International Research Status of Rapid Detection of Pesticides . 科学观察 [J], 2016, 11(1): 1-17 doi:10.15978/j.cnki.1673-5668.201601001
摘要:
该研究对2004–2013年农药残留快速检测技术领域的国际研发态势进行了系统的定量分析。研究主要采用文献计量方法、聚类和多维尺度统计分析方法、社会网络分析方法等,通过分析国际主要领先国家和机构的论文和专利揭示该领域的发展态势。研究表明,农药残留快速检测技术的研发近年发展迅速,生物传感器、免疫分析技术是重要的研究热点,以纳米技术为代表的新兴技术不断涌现;中国研发产出较多,但研究质量有待提高。
关键词:
农药残留快速检测
;
免疫分析
;
生物传感器
;
酶联免疫吸附
;
纳米
;
乙酰胆碱酯酶
;
文献计量
Key words:
rapid detection of pesticide
;
immunoassay
;
biosensor
;
ELISA
;
nano
;
acetylcholinesterase
;
bibliometrics
1 引言
农药残留检测是食品安全领域的重要研究问题。农药残留检测技术主要分为以气相色谱法、高效液相色谱法、质谱法、红外光谱法、毛细管电泳、超临界流体色谱、薄层色谱等为主的常规实验室仪器检测技术和以生物传感器技术、免疫分析技术为代表的快速现场检测技术[1, 2]。
近年我国食品农药残留超标问题严重,日益引起广泛关注。要保证从农田到餐桌的食品安全,需要从种植基地、到众多流通环节、到农产品成品的整个产品生命周期都进行质量安全控制。国家相继出台了多项食品安全检测体系建设规划[3],这对农药现场、快速、实时检测技术提出了重大需求。近年来,能够实现快速农药检测的各种便携式、低成本、高灵敏度的新方法、新技术及新产品不断研发出来,这些技术应用了免疫学、纳米技术、光电技术等生物、化学、物理等领域的最新前沿进展,克服了传统实验室农药检测技术的局限性[4-22]。
本研究将分析世界主要国家在快速、现场农药残留检测技术领域的国际研发态势。具体包括分析该领域的前沿热点技术,系统研究农残快检技术的发展趋势,对比分析领域内主要领先国家、国际主要研究机构和技术公司的研发状况,以期对相关工作及决策提供参考。
2 方法及数据来源
本研究主要采用文献计量方法、聚类和多维尺度统计分析方法、社会网络分析方法等,针对论文和专利开展全面的分析。分析工具包括TDA、TI、Innography、SPSS、Ucinet等。数据主要来自Web of Science、Derwent Innovation Index和Innography等数据库。分析的时间区间限定在2004年至2013年。利用主题词检索结合手工剔除不相关论文的方法共获得研究论文与综述2 268篇,利用主题词结合IPC国际分类号及手工剔除不相关专利的方法共获得专利家族756项,以及将756项专利导入Innography数据库获得的专利1 276件(视分析指标不同选取专利家族量或专利件数)。文献和专利的检索式见附录,检索日期为2014年12月9日。
3 结果与数据分析
3.1 农药残留快速检测技术研究论文分析
3.1.1 论文产出
2004–2013年,农药残留快速检测技术领域的发文量基本呈逐年增长趋势,增长幅度较平稳,仅2009年相比上一年度发文数量有所减少。其间,2004年发文量最少,为146篇,2013年最多,为330篇,总体增长速度较快(见图1)。
3.1.2 基于论文的研究热点分析
(1)研究主题的词频数量分布
统计并清洗2004–2013年农药残留快速检测技术发文的关键词,即合并同义关键词,剔除无意义关键词,分析所涉及的技术领域和热点技术,计算各技术点的发文量及2004–2008年、2009–2013年两个时间段各技术点的发文量,结果列于表1中。
表1
农药残留快速检测技术发文的主要技术点及时间趋势
数据显示,发文量最多的技术点为以乙酰胆碱酯酶为主的胆碱酯酶相关研究,其他发文较多的酶还包括有机磷水解酶。研究最多的技术方法包括酶联免疫吸附分析、分子印迹技术、酶抑制法、流动注射分析、化学发光免疫分析等。安倍法是应用最多的电化学信号检出方法,其他较多的电化学信号检出方法还包括伏安法、方波伏安法、电化学阻抗谱。丝网印刷电极是利用最多的电极类型。检测技术应用的材料研发方面发文最多的是碳纳米材料和金纳米材料,其他材料及制备方法的研发还包括石墨烯、壳聚糖、自组装单层膜等。一些新型研究方法如表面等离子体共振、石英晶体微天平、微流控、表面增强拉曼散射、量子点等也有一定数量的发文。这些技术涉及生物、化学、物理等多学科,体现了农药残留快速检测技术领域的高度学科交叉性和前沿性。
分析2004–2008年、2009–2013年两个时间段的主要技术点,胆碱酯酶、生物传感器、分子印迹、金和碳等纳米材料及生物标记相关研究不仅发文量多,且发文量有所增长,某种程度上显示这些技术作为热点技术领域正不断增长。此外,伏安法、方波伏安法、电化学阻抗谱等电化学信号检测方法有一定增加,抗体、抗原相关研究有所增长。新兴技术如石英晶体微天平、石墨烯、纳米传感器和离子液体也有所增加。其中纳米材料、石墨烯等近来国际科技领域的研究热点在农残速测领域的研发增加尤为明显,体现了农残速测技术领域的发展受到国际科技发展的有力推动,农残速测技术的研发成果得益于其他学科领域和技术的发展成果。量子点、微流控、表面增强拉曼散射的相关论文数量不多,前后两个时间段数量差距不大或不明显,可能意味着相关技术作为前沿技术仍处于探索阶段。
(2)研究主题的结构分析
共词分析法利用文献集中词汇对共同出现的情况确定该文献集所代表学科中各主题之间的关系。统计一组文献的主题词两两之间在同一篇文献中出现的频率,频率越高,代表这两个主题的关系越紧密;通过这些词对的关联可形成共词网络,网络内节点之间的远近反映主题内容的亲疏关系[23]。依据这一原理,本研究以清洗后的作者关键词为统计对象,构建频次为前20位的高频词共词矩阵和相异矩阵,进行聚类分析和多维尺度分析,以图形表示各研究主题间的结构关系,剖析农药残留快速检测技术领域的研究热点和研究主题类别。
研究利用Ochiia系数法将共词矩阵转换为相关矩阵,在此基础上构建相异矩阵。聚类分析采用分层聚类,聚类方法选择Ward法,度量标准选择Euclidean距离。多维尺度分析的度量水平选择序数,度量模型选择Euclidean距离。拟合结果,Stress值为0.14706,低于0.2,RSQ值为0.89459,高于0.8,拟合效果较好。图2及图3分别给出了农药残留快速检测领域联系紧密的热点技术聚类结果和反映主要热点技术类团在领域内的相对位置、研究结构的多维尺度分析拟合结果。农药残留快速检测可以分为5个主要类团。
第1大类为胆碱酯酶生物传感器相关研究。目前国内外基于特定酶活性抑制原理设计的酶传感器备受关注。最主要的酶传感器为乙酰胆碱酯酶生物传感器,其主要的研究内容包括酶活性的测定与筛选、酶的固定方法的研究、电极材料的选择及改良和传感器信号转换模式等。丝网印刷电极、纳米材料修饰电极是重要的电极材料及制备方法,安倍法、伏安法等是重要的信号转换方法。
第2类为免疫生物传感器相关研究。免疫传感器在农药残留快速检测中应用较广泛。研究内容包括传感器信号转换和检测材料制备等相关研究。信号转换包括安倍法、伏安法、方波伏安法等电化学转换方法,表面等离子体共振等光学传感方法。器件材料制备的热点方法涉及纳米材料修饰电极等。
第3类为酶联免疫吸附分析等免疫分析相关研究。免疫分析是农药检测最有发展和应用潜力的方法之一,其中酶联免疫吸附分析(ELISA)方法将抗原、抗体的特异性反应与酶对底物的高效催化作用结合起来,敏感性很高,是目前农药残留检测中应用最广泛的酶免疫分析技术。而根据农药结构设计合成适当结构的半抗原及制备效价高、特异性强的抗体对分析效果十分关键。
第4类是流动注射化学发光免疫分析技术。该技术是将化学发光免疫分析和流动注射相结合的一种高灵敏度的微量及痕量分析技术,其分析速度快、仪器设备简单,是当前分析化学领域的研究热点。
第5类为分子印迹传感器技术。该技术以分子印迹聚合物为识别元件,结合不同种类转换器而制得分子印迹传感器,既有生物传感器的专一识别性,又有化学传感器的机械稳定性和热稳定性,在农药快速检测领域应用广泛。
综合来看,酶生物传感器、免疫生物传感器、酶联免疫吸附分析、流动注射化学发光免疫分析、分子印迹技术等研究是农药残留快速检测技术领域的核心主题。
(3)高被引论文分析
高被引论文是相关研究领域中最为基础、核心的文献。通过分析高被引论文能够从一个侧面反映领域的研究热点、重点。表2列出了农药残留快速检测技术领域的高被引论文的题目、被引频次、来源期刊和发表时间。这些论文均发表于2004–2008年。高被引论文主题基本围绕生物传感器的制备和应用,包括电化学生物传感器、酶生物传感器、量子点生物传感器、表面等离子体共振生物传感器等。此外,与生物传感器有关的重要技术还包括碳纳米管修饰电极、普鲁士蓝修饰电极、丝网印刷电极等以及分子印迹等技术。
表2
农药残留快速检测技术排名前15的高被引论文
3.1.3 论文产出主要国家和机构分析
(1)主要国家和机构的论文数量
2004–2013年,我国是农药残留快速检测领域SCI论文数量最高的国家,达到618篇,远远超过位于第2位的美国(362篇)和第3位的西班牙(201篇)。其他发文量较高的国家还包括印度、法国等。主要机构中,发文量最多的是华中师范大学,共60篇,其化学学院杜丹、张爱东课题组表现突出,自2007年以来在食品安全生物检测方面开展了大量研究。西班牙国家研究委员会和中国科学院分别以48篇和47篇列第2、3位。位居前15位的机构中,中国机构有6家,西班牙机构有3家,美国机构有2家,此外,法国、意大利、巴西和俄罗斯各有1家机构。另外,15家机构中,11家为大学,4家为研究所(见表3)。
表3
2004–2013年主要国家和机构的发文量
(2)主要国家和机构的论文影响力
统计2004–2013年发文量排名前10位国家的论文被引情况,分析篇均被引次数,绘制各国发文量和篇均被引频次二维坐标图(图4)。美国和西班牙属于发文量和篇均被引频次都较高的国家,研究产出和影响力均较大,在10个国家中属于领先型国家,尤其美国篇均被引次数达21.6次,位列第1;中国属于发文量较高、篇均被引频次较低的国家,研究产出较多,但影响力还有待增加;意大利、法国和英国属于篇均被引频次较高的国家,虽然研究产出不突出,但研究影响力较大;德国、印度、韩国和巴西的发文量和篇均被引频次均相对较低。
统计2004–2013年发文量排名前10位的12家机构的论文被引情况,分析篇均被引次数,得到各个机构发文量和篇均被引频次在二维坐标上的相对位置(图5)。数据显示,美国西北太平洋国家实验室相对发文量不高但篇均被引频次很高,展现出很强的研究影响力;华中师范大学和西班牙国家研究委员会属于发文量和篇均被引频次都较高的机构,研究产出和影响力均较大;中国其他机构普遍表现出发文量多、论文被引情况居中的状况。
(3)主要国家和机构的论文合作
分析各个国家/地区在论文合作方面的表现,选取发文量排名前30的国家/地区,利用Ucinet计算合作网络的度数中心度,显示于图6。美国是合作网络中心度最高的国家,合作中心度较高的其他国家依次是中国、西班牙、法国、英国、德国和意大利等。美国与中国之间的合作最密切,合作次数最多。其他合作较密切的国家还包括美国与韩国、中国与澳大利亚、西班牙与法国、法国与英国等。
分析主要机构间的论文合作情况,统计机构合作发文次数。表4列出了发文量高于10篇的机构间合作发文次数高于5次的机构。较密切的合作发生在华中师范大学与美国西北太平洋国家实验室及西班牙的研究机构间。中国科学院的合作对象主要为我国的两所大学。
图6
发文量前30位国家/地区的论文合作网络图
注：国家节点大小代表度数中心度,即根据合作次数计算的中心度,节点之间连线的颜色和粗细代表合作的次数,棕色连线代表合作次数大于1次,绿色代表合作次数大于4次,红色代表合作次数大于8次,连线越粗合作次数越多。
注：国家节点大小代表度数中心度,即根据合作次数计算的中心度,节点之间连线的颜色和粗细代表合作的次数,棕色连线代表合作次数大于1次,绿色代表合作次数大于4次,红色代表合作次数大于8次,连线越粗合作次数越多。
3.2 农药残留快速检测技术专利分析
3.2.1 专利产出
专利家族的优先权年反映了一项专利技术最早产生的时间。利用DII 数据库中的优先权年指标统计2004–2013年农药残留快速检测技术领域的专利发展趋势。数据显示,相关专利家族最早的优先权年为1997年,从2002年开始,专利产生数量出现大幅上升,2005–2009年专利数量处于波动状态,2011年达到最高,为114项,此后,专利数量下降(见图7)。由于专利公开有18个月的时滞,因此2013、2014年的专利数据仅作参考。总体来说,农残快速检测技术的专利产出数量呈波动中增长的态势。
3.2.2 基于专利的研究热点分析
(1)专利技术领域数量分布
结合IPC国际专利分类,分析2004–2013年农药残留快速检测技术专利的主要热点,表5列出了专利家族数量居前15位的IPC国际专利分类号及对应的含义。数据显示,农药残留快速检测技术专利的主要热点为利用农药的物理或化学性质、利用酶或微生物、高分子材料合成、光学测量、纳米材料等相关技术开发。
表4
合作发文次数高于5次的机构及其间合作次数
表5同时给出了各IPC专利分类号对应的技术相对成长率指标值。该指标为单一技术领域专利申请数的年平均增长率与所有技术领域专利申请数的年平均增长率的比值,反映各技术领域相对于全部技术领域的成长幅度的高低。数据表明,利用化学或物理方法如催化作用和胶体化学,加工、配料的一般工艺过程,利用碳-碳不饱和反应制备高分子材料等在最近10年相对全部专利增长较快。
表5
农药残留快速检测技术专利数量居前15位的IPC国际专利分类
(2)热点专利分布结构
本研究利用汤森路透专利分析平台TI的聚类和可视化功能给出了技术热点布局图(图8)。结合对专利的内容判读,分析农药残留快速检测技术领域的热点分布。结果表明,农药残留快速检测仪器制备、胶体金速测条/速测卡、利用乙酰胆碱酯酶的检测技术、抗原与抗体制备、生物传感器技术等是主要的技术研发热点。分析不同时间段的专利热点分布,在较早一些的2004–2008年,利用乙酰胆碱酯酶的检测技术、抗原与抗体制备等技术研发较集中,而2009年–2012年,农药残留快速检测仪器及相关光电组件、胶体金速测条/速测卡、分子印迹聚合物制备等较为集中。表明最近几年,面向商业应用的市场化产品技术开发受到重视。
(3)核心专利分析
通过分析Innography数据库提供的专利强度(patent strength)指标来挖掘农药残留快速检测技术的核心专利。该指标是根据专利权利要求数量、引用先前技术文献数量、专利被引用次数、专利及专利申请案的家族情况、专利申请时长、专利年龄、专利诉讼等10余个专利价值相关指标计算得到的。专利强度高的专利代表了该技术领域具有高价值的核心专利。本研究分析了数据库中获得的1 276件专利,提取专利强度大于9(专利强度共分为10级,最高为10)的7件专利列于表6中。核心专利的主题主要是均质酶免疫分析法、拉曼光谱表面增强基底的制备、微流控技术、光学检测技术等。
表6
专利强度大于9的核心专利名称及优先权年
3.2.3 主要机构的专利产出
(1)主要机构的专利数量
2004–2013年专利拥有量位居前15位的机构有16家,排在前3位的依次是中国科学院(17项)、日本富士公司(15项)和江南大学(13项)(图9)。位居前15位的机构中,属于中国的机构有13家,属于日本、印度和美国的机构各有1家,可见,相关领域技术开发机构的主体主要来自中国。值得注意的是,中国的13家机构在地域分布上集中于经济发达地区,除了北京、上海、天津等直辖市各拥有2家机构外,江苏省还分布有4家机构,即江南大学、江苏大学、南京农业大学和江苏省农业科学院。16家机构中有11家为大学,4家为研究机构,仅有1家为来自日本的公司。总体而言,中国科学院等中国的研究机构和大学在农残快检领域的专利产出具有较大优势。该领域研发的重要机构以大学和研究机构为主,公司、企业的实力较小,国内外公司的专利产出都比较薄弱。
(2)核心专利所属机构
分析拥有高专利强度的专利权人,得到专利强度大于8(最高为10)的专利权人气泡图(图11)。图11显示,专利强度大于8的专利权人有12个,均为国外机构。其中美国加州大学、美国塔夫斯大学、美国英特尔公司、美国俄勒冈大学和美国Lumencor公司在农药残留检测技术领域占有核心地位。在资源利用能力上,英特尔公司明显强于其他机构。15件核心专利有13件来源于美国,来自德国和丹麦的各有1件,没有隶属中国机构的专利。
图11
高专利强度(大于8)专利权人气泡图
注：图中横轴包括专利权人专利总量、IPC分类号数量、单篇引用的相对数量的综合信息,在图中越靠右,表示目标公司越关注和参与到所分析的技术领域中。纵轴包含专利权人总收入、诉讼量和发明人区域相对数量等综合信息,在图中越靠上,表明该公司利用专利的能力就越强。气泡大小表示专利权人的专利量。
注：图中横轴包括专利权人专利总量、IPC分类号数量、单篇引用的相对数量的综合信息,在图中越靠右,表示目标公司越关注和参与到所分析的技术领域中。纵轴包含专利权人总收入、诉讼量和发明人区域相对数量等综合信息,在图中越靠上,表明该公司利用专利的能力就越强。气泡大小表示专利权人的专利量。
3.2.4 主要受理国家分布
分析相关专利的主要受理国家或地区,排在前10位的国家/地区绘制于图12中。排名前3位的国家/地区分别为中国、美国和世界知识产权组织。共计有458项专利在中国受理,占专利总数的60.6%,远高于其他受理国;分别有185项(24.5%)和125项(16.5%)专利在美国和世界知识产权组织受理。中国是农药检测技术的主要市场。
4 结论与建议
通过对农药残留快速检测技术的国内外发展态势进行系统分析,得出如下结论。
(1)近10年来,随着免疫化学技术、传感器技术、纳米技术、高分子材料技术及光学技术等多学科新兴热点技术的发展和应用,农药残留快速检测技术发展迅速,各种新方法、新技术不断涌现,包括研究论文和专利技术在内的研究产出大幅增长。
(2)农药残留快速检测技术主要的研究热点是生物传感器,以酶联免疫吸附分析为主的免疫分析技术。一些新型研究方法如表面等离子体共振、石英晶体微天平、微流控、表面增强拉曼散射等得到逐步开发。生物传感器、纳米技术、分子印迹技术、石墨烯、量子点等近来国际科技领域的新兴热点技术不断应用于农药检测技术领域,相关论文和专利成果增加明显。这些技术涉及生物、化学、物理等多学科,体现了农药残留快速检测技术领域的高度学科交叉性和前沿性。
(3)从农药残留快速检测技术研发的实施国家来看,我国是具有较大优势的国家,拥有不少成果产出量多、实力强的研发机构。我国研发产出数量大与我国对农残速测技术的需求大、国家的重视和支持以及食品安全的严峻形势密不可分。然而我国高质量、高影响力研究成果少,研究水平偏低,研发有较多的模仿创新和跟踪创新,原创性的重大成果少,依靠新型纳米技术、光学、电子学、材料学、生物学及传感器的复杂技术的创新少。除我国外,在相关领域的理论与基础研究方面,美国、西班牙等国实力较强;在技术开发方面,美国、日本等国实力较强。美国是重要论文、核心专利的主要来源国,是研究实力最强的国家。
(4)农药残留快速检测技术领域研发的高产出机构主要包括中国科学院、华中师范大学、西班牙国家研究委员会、日本富士公司和江南大学等,我国的高产出机构显著多于美国、西班牙等国家。美国西北太平洋国家实验室、华中师范大学、西班牙国家研究委员会发表的论文影响力较高;美国加州大学、英特尔公司和塔夫斯大学等机构的专利价值更大。该领域研发的论文和专利产出以大学和研究机构为主,公司、企业的产出较少。
为提高我国该领域研究水平,促进行业发展,提高国际竞争力,本研究根据以上的分析提出如下建议。
(1)抓住国家大力发展农药快速检测技术行业的契机,鼓励研究机构和企业积极争取承担国家科研项目,产生更多科研成果,提高研究水平,改善研究条件,锻炼研究队伍。
(2)将生物学、材料学、化学和物理学等学科的新技术、新方法的最新成果应用于农药快检技术的研发,鼓励交叉研究和前沿研究。
(3)引导大学和研究机构与企业的研发合作,促进大学、研究机构的成果转化为商业化产品,通过提供高技术水平、高质量、多功能的产品来拓展市场、提高产品盈利能力。
致谢
中国科学院生态环境研究中心赵利霞副研究员、北京联合大学刘洋副教授等对本文的技术领域分析工作给予了很大帮助,谨致谢忱！
The authors have declared that no competing interests exist.
References
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本文简要介绍了压电晶体传感器的基本原理，以及基于质量、粘度、电导率变化的溶液分析法。重点介绍了电化学石英晶体微天平（EQCM）、压电生物传感器；对具有很大发展潜力和重要应用价值的串联式压电传感器（SPQC）、串联式表面声波电导传感器（SAW）、液隔电极式压电传感器（ESPS）等也作了简要说明。
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目的:综述免疫分析技术的最新研究进展.方法:通过查阅国内外有关免疫分析技术的研究论文,对放射免疫分析(RIA)、酶免疫分析(EIA)、荧光免疫分析(FIA)、化学发光免疫分析(CLIA)等免疫分析技术进行了综述,同时指出了发展前景和尚待解决的问题.结果:多种免疫分析方法相互结合,可大大提高分析方法的灵敏度,增大检测范围;CLIA和TRFIA是非放射免疫分析的两大主流,其中,CLIA更具有竞争力.结论:目前还没有一种免疫分析技术是完美无缺的,各种技术还需要不断发展和完善,以开发出更新、更理想的免疫分析技术.
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PMID:18358712
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Immunosensors are biosensors that use antibodies or antigens as the specific sensing element and provide concentration-dependent signals. There is great potential in the applications of immunosensing technologies for rapid detection of pesticide residues in food and environment. This paper presents an overview of various transduction systems, such as electrochemical, optical, piezoelectric, and nanomechanics methods, which have been reported in the literature in the design and fabrication of immunosensors for pesticide detection. Various immobilization protocols used for formation of a biorecognition interface are also discussed. In addition, techniques of regeneration, signal amplification, miniaturization, and antibodies are evaluated for the development and applications of these immunosensors. It can be concluded that despite some limitations of the immunosensing technologies, these immuosensors for pesticide monitoring are becoming more and more relevant in environmental and food analysis. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.
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本文首先从免疫传感器的构建开始论述,对近5年有关免疫传感器用于环境污染物检测的文章进行了分类和归纳,对其中的三大热点进行了详细介绍,即全内反射荧光、光波导模式谱和表面等离子共振免疫传感器。其次对该领域的研究现状进行了分析,重点从信号放大技术、多组分检测、传感器的再生以及自动化和小型化等方面进行评述。最后,对免疫传感器用于环境污染物检测的发展趋势作了讨论。
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<p>量子点( Quantum dots，QDs )由于具有独特的光学、电化学和电致化学发光特性已受到广泛地重视，而利用量子点构建电化学生物传感器则是量子点最有前途的应用领域之一。量子点具有的高比表面积、高表面活性及小尺寸等特性使它对外界的光、电、温度等十分地敏感，外界环境的微小改变就会迅速引起其表面或界面粒子价态和电子转移行为的显著变化，基于生物大分子引起的QDs表面电化学行为变化而构建的电化学生物传感器，其特点是响应灵敏高、速度快且选择性优良。本文对量子点的光学、电化学和电致化学发光特性作了简单介绍，并重点回顾了其在电致化学发光、免疫分析、DNA杂交、蛋白质检测、农药检测和糖类检测电化学生物传感研究中的应用。同时,对量子点在电化学生物传感研究中的应用前景及研究方向进行了评述和展望。</p>
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分子印迹聚合物具有高选择性、化学稳定性和制备简便的特点,广泛 应用于农药残留检测中.本文概括了分子印迹技术基础理论,综述了分子印迹聚合物的制备及表征,分子印迹技术在农药残留检测中的应用,其中包括分子印迹在色 谱固定相、固相萃取、固相微萃取、传感器等方面的应用,并对其发展趋势进行了展望.
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Detection of pesticides and their metabolites in food and environmental samples in real time is the goal of many industries. Immunoassay technology has several attributes that make it a useful tool for screening purposes (e.g., selectivity, sensitivity, portability, and rapid turnaround time). Approximately 90% of the developed immunoassays for the pesticide residue analysis use the ELISA technique. Commercial kits are tailored to target different analytes, thus eliminating in some cases the need for clean-up steps. The manageability of the immunoassay test kit, together with its accuracy and speed of analysis, allows the rapid determination in situ of many samples simultaneously. This article gives an overview on the applications of the immunokits for pesticide analysis in drinking water and foods, as well as examples of different immunoassay formats commonly used. Special attention is given to sample extraction and clean-up procedures. Application to the determination of common pesticides and their detection limit are summarized. Immunoassay kits offer many practical advantages, and the acceptance of these methods depends on several factors, including the demonstration of quality and validity compared with reference methods. Although the advantages of the technique and their applications to food industry quality control are scarcely referred to in the literature.
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The analytical technology based on sensors is an extremely wide field, which impacts on all the major industrial sectors, such as pharmaceutical, healthcare, food, agriculture, environment and water. The scope of this review is limited to sensors and biosensors developed over recent years specifically for determining analytes implicated in food safety. The review covers the basic principles and types of sensor formats, reported food-specific applications of sensors in the area of chemical and microbiological contaminant analysis, examples of commercial instrumentation and kits available, and indication of future developments in the sensor field.
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PMID:22759777
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Pesticides released intentionally into the environment and through various processes contaminate the environment. Although pesticides are associated with many health hazards, there is a lack of monitoring of these contaminants. Traditional chromatographic methods—high-performance liquid chromatography, capillary electrophoresis, and mass spectrometry—are effective for the analysis of pesticides in the environment but have certain limitations such as complexity, time-consuming sample preparation, and the requirement of expensive apparatus and trained persons to operate. Over the past decades, acetylcholinesterase (AChE) inhibition-based biosensors have emerged as simple, rapid, and ultra-sensitive tools for pesticide analysis in environmental monitoring, food safety, and quality control. These biosensors have the potential to complement or replace the classical analytical methods by simplifying or eliminating sample preparation and making field-testing easier and faster with significant decrease in cost per analysis. This article reviews the recent developments in AChE inhibition-based biosensors, which include various immobilization methods, different strategies for biosensor construction, the advantages and roles of various matrices used, analytical performance, and application methods for constructing AChE biosensors. These AChE biosensors exhibited detection limits and linearity in the ranges of 1.0×10 -11 to 42.19 μM (detection limits) and 1.002×0210 6111 –1.002×0210 612 to 74.5–9.902×0210 3 02μM (linearity). These biosensors were stable for a period of 2 to 12002days. The future prospects for the development of better AChE biosensing systems are also discussed.
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DOI:10.1021/jf403801h
PMID:24295127
Magsci
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Immunoassay is a promising method that is suitable for rapid and simple analyses of pesticides, which are likely to persist at a trace level in agro-environments, including agricultural products, soil, and water. Particularly, enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) has wide application to development of analytical methods for pesticide residues because it can very sensitively and very accurately determine them in samples. This paper presents a review of the fundamental analytical performance, a device for the sample pretreatment methods before determination, and cases of applications to various samples on ELISA methods that have been developed for detection of neonicotinoid insecticides in food or environmental matrices. The reviewed ELISAs can be ranked as quantitative, rapid and simple analytical methods for single analytes. The recognition of ELISA as an analytical methodology for pesticide residues is expected to advance rapidly in the future.
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DOI:10.1002/jssc.201400256
PMID:24777942
Magsci
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In recent years, water pollution and pesticide accumulation in the food chain have become a serious environmental and health hazard problem. Direct determination of these contaminants is a difficult task due to their low concentration level and the matrix interferences. Therefore, an efficient separation and preconcentration procedure is often required prior to the analysis. With the advancement in nanotechnology, various types of magnetic core-shell nanoparticles have successfully been synthesized and received considerable attention as sorbents for decontamination of diverse matrices. Magnetic core-shell nanoparticles with surface modifications have the advantages of large surface-area-to-volume ratio, high number of surface active sites, no secondary pollutant, and high magnetic properties. Due to their physicochemical properties, surface-modified magnetic core-shell nanoparticles exhibit high adsorption efficiency, high rate of removal of contaminants, and easy as well as rapid separation of adsorbent from solution via external magnetic field. Such facile separation is essential to improve the operation efficiency. In addition, reuse of nanoparticles would substantially reduce the treatment cost. In this review article, we have attempted to summarize recent studies that address the preconcentration methods of pesticide residue analysis and removal of toxic contaminants from aquatic systems using magnetic core-shell nanoparticles as adsorbents.
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DOI:10.1016/j.trac.2013.11.007
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In this review, we describe the current state of development of immunochromatographic tests to detect toxic contaminants (e.g., mycotoxins, pesticides, and veterinary drugs) in agricultural products and foodstuffs. We consider the place of these tests among other methods used for food quality/safety assurance, as well as the specific requirements for immunochromatographic analyses of compounds in different food matrices. We discuss strategies to decrease the limit of detection and to conduct multi-parametric and quantitative analyses. We highlight some successfully commercialized analytical techniques and priorities for further research.
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DOI:10.1002/elan.201400036
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Papers based biosensors such as lateral flow test strips and paper-based microfluidic devices (or paperfluidics) are inexpensive, rapid, flexible, and easy-to-use analytical tools. An apparent trend in their detection is to interpret sensing results from qualitative assessment to quantitative determination. Electrochemical detection plays an important role in quantification. This review focuses on electrochemical (EC) detection enabled biosensors. The first part provides detailed examples in paper test strips. The second part gives an overview of paperfluidics engaging EC detections. The outlook and recommendation of future directions of EC enabled biosensors are discussed in the end.
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DOI:10.1002/app.40766
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[Cite within: 1]
Food security as a world issue has received increasing concern, and therefore, effective analytical methods and technologies have been continuously developed. However, the matrix complexity of food samples and the trace/ultratrace presence of targeted analytes require highly efficient cleanup and enrichment materials and procedures. Molecularly imprinted polymers (MIPs) with specific recognition abilities as versatile materials are being increasingly developed for diverse species in various fields, especially in food analysis. In this review, we mainly summarize the recent advances in MIPs used for food matrices over the last 5 years. We focus on toxic and harmful substances, such as pesticide/drug residues, heavy metals, microbial toxins, and additives. Some relatively new preparation methods involving surface imprinting, composites, and stimuli responsiveness are reviewed. Different MIPs as solid-phase adsorbents in solid-phase extraction, solid-phase microextraction, matrix solid-phase dispersion, stirring bar sorptive extraction, and magnetic material extraction and as stationary phases in chromatographic separation for foodstuff have been comprehensively summarized. MIP-based biomimetic sensing and enzymelike catalysis receive special attention. Moreover, some limitations and comparisons related to MIPs performances are also discussed. Finally, some significant attempts to further promote MIP properties and applications to ensure food safety are discussed. 漏 2014 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2014, 131, 40766.
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DOI:10.3969/j.issn.1002-1965.2008.07.038
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[Cite within: 1]
共词聚类分析法采用聚类的计算方法,对文章中共观的词对(主题词或关键词)的关联性进行运算,将关系密切的词聚集归类,从而达到挖掘隐舍信息的目的.通过对聚类原理的分析,认为该方法具有客观性、科学性、敏感性的特点.并讨论了共词聚类分析法的不足以及其解决办法,最后介绍了共词聚类分析法的最新研究进展.
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