抗生素又称抗菌素，是在高等动植物或微生物代谢过程中产生的，它可以杀灭或抑制其他活性细胞发育功能的有机化学物质，对细菌和致病微生物有很好的抑制和杀灭作用。1928年，Fleming发现了青霉素并于1929年发表研究成果，1943年Florey和Chain将其用于临床，此后青霉素在全世界范围内得到普及，可用于治疗肺炎^[1]、扁桃体发炎、脑膜炎^[2]、心内膜炎^[3]、炭疽等疾病，为抗生素的发展做出了巨大的贡献。

抗生素的种类不下万种，在医学、食品、农业及动物养殖业等方面有着广泛应用，其毒害作用也逐渐引起人们的重视。抗生素的滥用或过度使用会导致人类和动植物对其产生耐药性，而排泄物中的抗生素残留进入地表水会进一步污染食物链和环境，使得人类和动植物对抗生素敏感度加强，变得更具耐药性，产生耐药基因，严重危害生态环境与人类健康。

目前，我国已有很多关于地表水中抗生素残留的报道。2014年5月8日，新京报讯，我国地表水中含有68种抗生素，且浓度较高^[4]。2014年10月底11月初，研究人员对东北、华北和华东等地的地表水进行了抽测，其中沈阳抗生素厂附近的排水沟中6-氨基青霉烷酸的含量高达178ng/L，氨苄西林和阿莫西林的浓度也高于100ng/L^[5]。2014年12月25日，“山东鲁抗医药”大量偷排抗生素污水，浓度超自然水体10000倍^[6]。2014年12月26日报道，在黄浦江、长江入海口、珠江等都检出了抗生素，其中珠江广州段抗生素污染非常严重，脱水红霉素、磺胺嘧啶、磺胺二甲基嘧啶的含量分别为460、209和184ng/L，远远高出了欧美发达国家河流中100ng/L以下的含量^[7]。

地表水中抗生素残留主要来源于医院污水、生活污水及养殖废水，三类水体汇入污废水，排放进入地表水。进入地表水的抗生素污染生态环境，极大地危害人类健康。抗生素残留危害主要表现在以下几点：1) 毒性作用。若一次摄入抗生素的量过大，会出现急性过敏反应、中毒反应和变态反应；2) 破坏胃肠道微生态平衡；3) 对生态产生影响，破坏生态平衡。

污水处理厂对抗生素的清除率很低^[8]，水环境中抗生素最终会通过饮用水和食物等渠道进入人体，对人类健康造成潜在威胁。然而，现行国家颁布的生活饮用水水质标准的106项指标中并无抗生素指标检测标准，依靠目前的饮用水检测标准不能判定居民饮用水在抗生素指标方面是否达标，故检测饮用水或饮用水带来的动物源或植物源性食品中抗生素残留是非常紧迫也是非常重要的。

《生活饮用水卫生标准》强调“生活饮用水中化学物质不得危害人体健康”^[9]，而目前饮用水中已发现抗生素，Reddersen等^[10]发现，饮用水中安替比林及丙基安替比林的含量分别为 0.400和 0.120μg/L。2015年4月16日，国务院印发《水污染防治行动计划》中的第4条“强化科技支撑”，强调重点推广饮用水净化、节水、水污染治理及循环利用、城市雨水收集利用、再生水安全回用、水生态修复、畜禽养殖污染防治等适用技术^[11]。因此寻求一种便携、快速、准确和灵敏度高的抗生素残留检测方法以解决我国饮用水中抗生素污染的难题已成为当务之急。

高效液相色谱(HPLC) 技术基于气相色谱理论，在技术上采用高压泵、高效固定相和高灵敏度检测器，具有分离速度快、效率高、操作自动化且重现性好等优点^[12]，主要适用于沸点高、热稳定性差、相对分子质量大的有机物的分离与检测。HPLC是目前在抗生素残留检测中应用较为普遍的技术，为实现多种抗生素的同时检测和达到更低的检测限(LOD)，HPLC技术分析抗生素残留时往往配有紫外检测器(UV)、荧光检测器(FLD)、二级阵列检测器(DAD) 以及质谱或者串联质谱检测器等^[13]。

HPLC-UV联用技术最早用于检测环境中的抗生素，操作简便、成本低，目前主要用于检测畜禽废水中的抗生素残留。Nancy等^[14]利用HPLC-UV技术同时检测了马来西亚三处养殖场废水样品中的磺胺类物质，检测下限(LOQ) 为7.5ng/L。洪波等^[15]用HPLC-UV技术测定水产品中抗生素残留，可同时测定水产品中的四环素类、喹诺酮类等6种抗生素，LOD为2.00～8.00 μg/kg。

UPLC的色谱柱一般为1.7μm细粒径的新型固定相，可获得高达2万块/m理论塔板数的超高柱效。与HPLC相比，UPLC具有高分离度、高速度、高灵敏度等优点，UPLC-UV已用于抗生素的检测。Gikas等^[16]采用UPLC-UV技术检测兔血浆样品中的达托霉素和利福平，定量下限(LLOQ) 为2μg/mL，该检测方法已成功用于药物的体内动力学研究，将有望用于饮用水中抗生素的检测。

HPLC-FLD检测灵敏度高，可用于抗生素特别是本身具有荧光性的抗生素的直接检测。对于不具有荧光性或者荧光性差的抗生素，也可通过衍生化提高目标物的荧光性后进行检测。Sarah 等^[17]采用此法检测了环境水基质中的5种氟喹诺酮类药物(左氧氟沙星、诺氟沙星、环丙沙星、恩诺沙星和沙氟沙星)，定量LOD在0.01～0.2和0.03～0.6 μg/L之间。谭建华等^[18]结合固相萃取(SPE) 与HPLC分析技术，同时分析了城市水体中3种磺胺类、3种喹诺酮类、氯霉素及甲氧苄氨嘧啶等8种抗生素，LOQ为0.030～0.080 μg/L。他们利用该方法对珠江广州河段的水体进行分析，检测到磺胺甲(噁) 唑、氧氟沙星、诺氟沙星及环丙沙星的浓度范围为0.197～0.510 μg/L。

HPLC-MS联用技术结合了液相色谱与质谱两者的优点，将色谱的高分离性能和质谱的高鉴别特征相结合，分析范围更广、灵敏度更高、检测限低、定性结构更可靠、可同时检测多组分污染物，对复杂化合物中微量和痕量组分的定性和定量分析具有重要的意义。Kasprzyk等^[19]使用一种新的超高液相色谱-串联质谱技术检测了地表水中的28种基础药物(镇痛药、抗癫痫药、支气管扩张药等)。Reyes等^[20]采用一种将快速可靠的超高性能液相色谱法耦合串联质谱的新方法同时分析了志愿者的尿、血清、脑脊液(CSF) 和支气管分泌物中的21种抗生素(β-内酰胺类、氨基糖苷类、青霉素和喹诺酮类等)。结果表明，尿、血清和脑脊液中抗生素的LOQs为0.01～1.00mg/L，支气管分泌物中抗生素的LOQs为0.02～0.67mg/kg。

太赫兹技术是20世纪80年代发展起来的一门新兴技术，太赫兹时域光谱(THz-TDS) 技术是基于飞秒超快激光技术的远红外波段光谱测量新技术，原理如图 1所示。该技术采用0.1～5 THz的带宽，利用物质对THz辐射的特征吸收来分析物质成分、结构及其相互作用，可同时获得物质在THz波段的色散性质及吸收信息，且有较高的信噪比和灵敏度^[21]。因此，太赫兹波具有安全无损、灵敏度高、检测速度快、指纹谱性、水吸收等优点，在生物医学、农产品和食品质量安全检测等方面得到了广泛应用。近年来，THz-TDS已能够快速简便、特异敏感、低耗地检测抗生素，其检测灵敏度已达到pg/L级别^[22]。

廉飞宇等^[23]采用THz-TDS技术研究了黄曲霉毒素B1对太赫兹波的响应，实验和分析结果表明，利用此技术并结合信息融合技术，能对不同浓度的黄曲霉毒素B1溶液进行精确识别，为今后黄曲霉毒素太赫兹谱库的建立和食品中黄曲霉毒素的快速检测提供了理论依据。李利龙等^[24]为了探索快速简便、特异敏感的黄曲霉毒素检测方法，采用THz-TDS技术获得了黄曲霉毒素B1和M1在0.3～2.1 THz范围的吸收光谱。结果显示，它们在测量波段范围表现出不同的吸收位置和吸收强度，表明THz波对其结构的变化有灵敏响应。黄曲霉毒素在THz波段的指纹谱的测定显示出THz-TDS技术具有用于黄曲霉毒素结构和功能研究的潜力，并为此技术应用于食品中黄曲霉毒素的检测奠定了基础。Qin等^[25]首次利用THZ-TDS技术检测婴幼儿奶粉中的盐酸四环素(TCsH)。在0.3～1.8 THz的区域中，4种TCsH具有独特的光谱特征。实验结果表明，与浓度1％～50％的婴幼儿奶粉混合后，TDS技术仍能检测到TCsH的主要光谱特征，实现婴幼儿奶粉中TCsH的定性和定量检测。Xie等^[22]利用THz技术检测硫酸卡那霉素，其检测灵敏度为100pg/L。该检测技术具有灵敏度高、可靠且非侵入性等优点，有望用于实际水溶液中抗生素的检测。

免疫测定是基于抗体和抗原间的特异性反应而建立的半定量检测方法，具有灵敏度高、特异性好、简便经济等优点，广泛应用于日常工作中。该法根据检测标记的不同可分为酶联免疫吸附测定法(ELISA)、荧光免疫检测(FIA)、即时荧光免疫检测(TRFIA) 和放射性免疫检测(RIA)^[26]。

ELISA基于酶催化和UV/Vis检测，首先孵化辅助酶二级抗体缀合物，然后加入邻苯二胺二盐酸盐或四甲基联苯胺底物溶液，加入抑制溶液停止显色后，分别在492或450 nm测量吸光度^{[27, 28]}。Consuelo等^[29]采用ELISA方法检测水生生物金头鲷中四环素的含量，吸光度测量和荧光测量的LOD分别为16和0.08 μg/kg。

FIA可克服TRFIA的缺点(如高背景吸收、洗涤步骤及酶降解等)，但其荧光背景水平高，造成其信噪比低，从而导致其灵敏度受限。Pyun等^[30]采用商业固相荧光免疫分析法简便快速地检测了猪肉里的链霉素和双氢链霉素，LOD分别为100和150 μg/kg。

TRFIA使用寿命长的荧光团标记试剂(如镧系元素螯合物，穴状化合物或者铂(Ⅱ) 和钯(Ⅱ) 粪卟啉) 避免样品基质的背景干扰，可克服FIA灵敏度低的缺点。TRFIA检测不同样品中的氧四环素和四环素，LOD分别为0.08和9 μg/kg^[29]，远远低于微生物学抑制实验中四环素的LOD(25μg/kg)^[31]。

RIA已作为一种定性、半定量和筛选的工具来减少直接检测中的样品负载。Meyer等^[26]采用RIA检测地表水样品中的金霉素，其检测灵敏度为0.1～0.5 μg/L，比LC/MS的灵敏度高得多。

免疫测定法以微孔板和磁性粒子等方式进行检测。Lamar等^[32]开发了基于受体蛋白质微孔板的实验来检测不同的食物基质中β-内酰胺的特异性完整结构，其优点是能同时筛选出青霉素和头孢菌素。Wu等^[33]开发了一种特异性间接竞争即时荧光免疫检测法，利用涂有鸡卵蛋白(OVA)-氟苯尼考胺的微孔板来检测动物可食组织中的游离脂肪酸(FFA)。此实验中，不同基质的IC₅₀值范围为15～19 μg/kg。Font等^[28]开发了2种直接ELISA方法(一种使用磁纳米颗粒，另一种采用微量滴定板) 可用于检测牛奶中的磺胺类药，这两种方法的IC₅₀(半抑制浓度) 值分别为10和7 μg/L，其中，基于磁纳米颗粒的直接ELISA法打开了免疫分析技术发展的大门。

此外，电化学生物传感器和表面等离子体共振传感器也是基于抗原与抗体间的特异性反应而建立起来的免疫分析法。

电化学传感器是一种测量因分析物与细胞膜或传感器表面相互作用所引起的电位差的方法，具有特异性高、分析速度快及成本合理等优点。利用该方法研究抗生素可以获得与药物相关的热力学和动力学参数，为其在人体内的药代动力学过程及新抗生素类药物的研发提供理论依据。目前电化学生物传感器方法已被用来检测抗生素，并在对实际样品中抗生素残留的检测方面取得了良好的效果^[34～36]。

Pranjal等^[37]把磷脂酰丝氨酸和适配体一同固定到聚合物修饰/改性的金纳米表面，制作了一个用于检测道诺霉素的无标记生物传感器。该传感器灵敏度高、选择性好、稳定性好且稳定时间长，LOD为52.3±2.1 pmol/L，可成功检测人尿中的道诺霉素。Wei等^[38]基于石墨烯片-全氟磺酸/硫堇/纳米铂修饰电极构建了一个无标记的电流型免疫传感器。该传感器在检测卡那霉素时具有超高灵敏度、高选择性和高稳定性，LOD为5.74pg/mL。Lian等^[39]研发了一种基于多壁碳纳米管、树枝状聚酰胺-金纳米粒子复合材料和壳聚糖衍生物β-环糊精修饰于金电极的分子印迹电化学传感器，可选择性检测金霉素，具有方便快速、稳定性高等优点，LOD可达4.95×10^-8mol/L。他们^[40]又基于金电极表面修饰的壳聚糖纳米铂和石墨烯纳米金复合材料，构建了可检测红霉素的分子印迹电化学生物传感器，使用方便、灵敏度高、稳定性好和重现性好，LOD为2.3×10^-8mol/L，已用于实际样品中红霉素的检测。Felipe等^[41]设计了一种基于安培亲和力的生物传感器，可特异性定量检测牛奶中β-内酰胺抗生素残留，其LOD可达未处理牛奶中最大允许抗生素量(MRLs) 的十亿分之一。该传感器具有良好的选择性，且检测时间仅需30min。Jin等^[42]构建了一种新型检测吗啉-3,5-氨基-2-噁唑烷酮的无标记电化学阻抗滴定免疫传感器，灵敏度高、线性范围宽和稳定性好，LOD为1.0ng/mL，已用于动物源性食品的检测中且具有良好的回收率。Li等^[43]设计了一种可用于检测蜂蜜样品中氯霉素(CAP) 的新型电化学适体传感器，基于目标诱导释放链(TISR，如图 2)，具有灵敏度高、检测范围广等优点。把CAP适体固定在电极表面，然后和与其互补的生物酰化检测探针杂交，形成适体/DNA双链结构。在CAP存在的情况下，TISR导致生物酰化检测探针从电极上解离。然后剩余的生物酰化检测探针结合链霉亲和素-碱性磷酸酶产生霉扩增电化学信号，这种信号随着CAP浓度的升高而减小，从而达到检测CAP的目的。该传感器检测CAP的LOD为0.29nmol/L，已用于蜂蜜样品中CAP的直接检测。

SPR技术是一种利用发生在金属薄膜(如金或银) 上的折光率变化或化学变化作为识别事件的常用方法。该方法能够对小分子进行检测且无需标记。SPR 传感器具有重复使用性、便携性、方便对多点进行实时监测的优点，其LOD可达 10^-9量级，几乎能够实现任何分析物的检测。在检测过程中，根据SPR传感器的响应大小检测出待测物质中抗生素溶液的浓度。

Sternesj等^[44]利用SPR技术，用受体蛋白质代替抗体来检测牛奶中的β-内酰胺类抗生素，其优点是可以获得β-内酰胺结构的活性形式。基于羧肽酶R39与牛奶中青霉素G作用，羧肽酶将三肽变成二肽，在β-内酰胺类的存在下酶活性被抑制。对酶产物的量(二肽) 或剩余的酶底物(三肽) 的量进行测量，LOD分别为1.2和1.5 g/kg，其LOD低于欧盟对青霉素G的最低LOD(4ng/mL) 的要求。Fernández等^[45]报道了一种SPR生物传感器，它能够选择性检测牛奶样品中不同种类的抗生素，利用抗生素与半抗原蛋白结合后所产生的SPR信号响应而引起的折光率变化，获得其浓度。该方法容易操作，传感器小巧携带方便，且LOD在μg/kg级别。

免疫传感器和SPR传感器是常见的识别抗菌药物的组合，免疫测定作为生物传感器元件已经被 Dong等^[46]用于猪肉中氯霉素的检测。Ferguson等^[47]通过对链霉素衍生物的固定，对链霉素和链霉素抗体混合物进行分析。因此，SPR可对蜂蜜、牛奶、肉类中链霉素和双氢链霉素进行定量分析检测。Frasconi等^[48]报道了一种超灵敏的三硝基甲苯(TNT)SPR传感器，基于在金表面修饰4-氨基苯硫酚的电化学反应，并在电极表面产生二苯胺交联和金纳米颗粒的合成物。TNT和二苯胺之间π供体-受体相互作用产生复合物，如图 4所示通过折光率和SPR位移的改变，从而检测TNT，检测灵敏度为1×10^-14mol/L。

SPR可以定性和定量测量生物分子相互作用且实时无需标记流程，因此已被广泛应用于食品安全领域内的抗生素检测。Julie等^[49]使用SPR的化学筛选测定法检测氯霉素、蜂蜜、虾和牛奶等，该抗体与氯霉素葡糖苷酸交叉反应。用乙酸乙酯萃取家禽、蜂蜜和虾样品，随后使用生物传感器进行分析。家禽、蜂蜜、虾和奶的LOD分别为0.005、0.02、0.04和0.04 μg/kg。

SERS技术基于被测分子吸附在粗糙贵金属纳米结构表面，是一种具有极强拉曼散射增强效应的分子振动光谱技术。由于SERS 技术具有检测时间短、灵敏度高、操作简便、水干扰小等优点，在环境分析、食品安全检测领域具有良好的应用前景。目前SERS的LOD已达到10^-12mol/L或单分子水平^[50]。He等^[51]利用树枝状纳米银作为SERS基底对环丙沙星、恩诺沙星和氯霉素3种禁用抗生素进行了检测分析，并对比了同等浓度3种抗生素的信号强度，环丙沙星强于恩诺沙星和氯霉素100倍之多，对环丙沙星的最低检出浓度可达2×10^-8。Li等^[52]借助通过简单水热反应制备出的Au空壳作为SERS活性基底用于四环素的检测。由于微/纳米结构的Au空壳表面接近于一个平面，并且拥有较大的表面积，从而具有良好的增强性能，对四环素的LOD低至0.1μg/L。Li等^[53]利用一步还原法制备了Ag NPs/石墨烯纳米复合物，将其修饰于SPE工作电极表面，构建了一种可抛光的Ag NPs/石墨烯/SPEs多功能传感界面，结合电化学-SERS联用技术对极性抗生素分子进行检测。根据待测物分子的极性，通过控制静电预富集过程中施加的电位，极性的抗生素分子可以被选择性地吸附于传感界面，并在10min内得到吸附分子的SERS光谱，每种吸附分子均可通过各自的SERS特征峰进行识别。得益于Ag NPs/石墨烯纳米复合物的高吸附表面积以及石墨烯与抗生素分子间弱的π-π相互作用，制备的传感界面结合电泳富集-SERS技术能够实现nmol/L水平的极性抗生素分子检测。

目前最常用的检测抗生素的技术为生物传感器、免疫分析技术和LC-MS，这些技术有灵敏度高、实用性强的优点，也有检测较慢、成本较高等缺点，如表 1所示。

免疫分析技术与常规的理化分析技术相比，最突出的优点是操作简单，速度快、分析成本低。ELISA主要用于抗生素残留检测的初步筛查；GC-MS检测技术由于其局限于易挥发热稳定的检测，目前已较少使用；液相色谱检测技术是目前使用最广泛的检测技术，其中HPLC-MS检测技术最常用。HPLC几乎可以检测牛奶中的所有抗生素，HPLC-MS可同时分离、定性和定量样品中的抗生素，具有灵敏度高的优点，特别适用于精确测定，但其检测费用高，程序复杂，因此一般适用于大型实验室。

抗生素残留及其耐药性的研究已引起了各个领域科学家的广泛兴趣。很多投资者已投入大量资金发展抗生素残留检测的新型生物传感技术。无标记阻抗免疫传感器方法由于其无标记的优势也将在抗生素检测中得到发展。该法灵敏度高且响应快速。此外，溶胶-凝胶衍生的二氧化硅胶质材料结合阻抗免疫传感器可以确保生物识别元件在低温下具有良好的机械和热稳定性，且遇水不易发胀；金纳米颗粒是一种新兴的检测抗生素的方法，电化学传感器、SERS、SPR等很多技术都采用金纳米颗粒。首先，实验纳米颗粒可增强SPR信号强度；其次，金纳米颗粒尺寸小和其多功能性为电化学方法提供了较好的电化学性能及物理化学性能；便携式技术可在大范围内进行且实用性强，是检测鸡肉或血清中抗生素的最好方法，有望用于饮用水中抗生素残留的检测。

未来20年抗生素残留及其耐药性将成为一个新兴的威胁。这个问题不只局限于某些国家，其将作为催化剂影响全球。对此，欧美和北美的一些国家已设立了最大残留限量(MRLs) 标准。而表 1所述的方法灵敏度偏低，基本在μg/L。因此，值得推荐一种微流体芯片技术与多种生物传感技术结合的便携方法，该法可测量单个样品中的多种抗生素，缩短检测时间，极大地提高检测灵敏度。总之，未来饮用水中抗生素残留检测方法的发展有巨大的潜力。