近日，北京工商大學孫寶國院士團隊劉慧琳教授課題組在食品科學領域國際著名綜述期刊《Trends in Food Science & Technology》（IF=15.1，中科院1區Top期刊）上發表了題為“Advances in optical sensor visualization: Enabling rapid mycotoxin detection”的綜述性論文。本綜述深入探討了化學發光傳感、熒光傳感、電化學發光傳感等多種可視化光學傳感模式在霉菌毒素檢測中的應用。文中系統闡述了食品中霉菌毒素的危害及傳統檢測方法的局限性，詳細解析了各類光學傳感器的工作原理與設計策略。

綜述簡介

背景：真菌毒素，尤其是霉菌毒素，廣泛存在于食品和飼料中，對人類健康和生產活動構成重大風險。因此，亟需開發快速、靈敏的現場檢測技術，此類技術需具備操作簡便、無需復雜專業培訓的特點，以實現有效的霉菌毒素防控。近年來，光學傳感器因其成本低、易操作、響應快等優勢，已成為快速篩查霉菌毒素的潛力檢測手段。

范圍和方法：本綜述基于傳感機制與核心材料（包括熒光素、量子點、貴金屬納米材料、共價有機框架（COFs）、金屬有機框架（MOFs）、上轉換納米粒子及酶系統），系統闡述了各類光學傳感器的發展脈絡。同時，聚焦光學傳感領域的霉菌毒素可視化檢測平臺，梳理了從傳統定性/半定量方法到可實現精確定量的微納可視化平臺的技術演進路徑。此外，針對黃曲霉毒素、赭曲霉毒素、伏馬菌素、T-2毒素、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇、玉米赤霉烯醇及展青霉素等關鍵霉菌毒素，專項評述了可視化光學傳感器的應用進展。

主要發現和結論：光學傳感器通過先進材料與可視化平臺，實現了霉菌毒素的快速、經濟化檢測，為現場食品安全監測的落地應用提供了關鍵技術支撐。本綜述有望推動該技術的進一步研發與實際場景部署。

綜述亮點

介紹了多種基于發光/顯色機制的光學傳感器。

系統闡述了構建光學傳感器的核心組件。

著重探討了光學傳感中可視化技術的發展路徑。

綜述了可視化光學傳感器在霉菌毒素檢測領域的創新應用。

圖文賞析

圖文摘要

圖 1. (A)霉菌毒素光學傳感的年度出版物和引文。(B)檢測霉菌毒素的可視化光學傳感策略的初步報告。(C)進行文獻計量網絡分析，利用Web of Science核心館藏確定過去十年中與視覺光學霉菌毒素檢測相關的451篇參考文獻。

圖2.(A) 一種新型化學發光免疫傳感器陣列結合雙信號放大策略，用于多種霉菌毒素的快速超靈敏檢測。(B) 將錳卟啉封裝于DNA樹狀大分子內作為通用化學發光標記物，用于廣譜霉菌毒素檢測。(C) 基于氧化銦錫（ITO）的即時比色免疫傳感器構建策略，用于赭曲霉毒素A檢測。(D) 通過氧化銅納米管制備氫氧化鈷Co(OH)?納米籠并構建比色檢測方法。(E) Fe-N-C單原子酶（SAzymes）與Fe-Co磁性納米顆粒（MNPs）的合成修飾及其在CRISPR-SAzymes傳感器中的反應原理。(F) 熵驅動DNA放大器集成碳點基FRET比率型熒光適體傳感方法示意圖，用于赭曲霉毒素A檢測。(G) 基于CdTe量子點與WS?納米管間光誘導電子轉移機制的比率型熒光傳感方法，用于谷物中玉米赤霉烯酮精準識別。(H) 分子印跡聚合物-量子點（MIP-QDs）的合成示意圖及其用于棒曲霉素（PAT）磷光傳感。(I) 分子印跡聚合物-聚乙二醇-Mn摻雜ZnS量子點（QDs）的制備工藝，用于魚飼料中黃曲霉毒素磷光檢測。(J) 雙信號電化學發光（ECL）檢測試紙條的制備與檢測機制示意圖。(K) 基于聚乙烯亞胺包覆二氧化硅納米材料的ECL免疫傳感平臺，用于食品基質中黃曲霉毒素B1（AFB1）檢測。

圖3.(A) Nb2C@ssDNA檢測黃曲霉毒素B1（AFB1）的作用機制示意圖。(B) 磁性熒光微球（MFBs）的合成與功能化過程。(C) 黃色發光碳點（CD）的合成與純化示意圖。(D) T-2毒素檢測中傳感器顏色變化的設計適配。(E) 比率熒光免疫分析雙信號響應機制示意圖。(F) Dpy-NhBt-COF@Tb3?的合成：將Tb3?錨定于二維亞胺共價有機框架及其在赭曲霉毒素A（OTA）超靈敏檢測中的應用。(G) 雙模式即時檢測（POCT）平臺用于OTA檢測的示意圖。(H) 基于單粒子檢測（SPD）法的AFB1適體傳感器檢測示意圖。(I) 基于酸堿指示劑的比色ELISA法檢測AFB1示意圖。(J) 已開發出含鐵原子模擬酶的超靈敏AFB1檢測方法。(K) 磁印跡固相萃取結合比色法檢測花生油中黃曲霉毒素的方法。

圖4.(A) 金納米顆粒-側流試紙條（GNPs-LFTS）用于檢測黃曲霉毒素B1的示意圖。(B) 利用金納米顆粒（AuNPs）包裹的DNA水凝膠進行肉眼可見的OTA檢測的工作原理。(C) 基于重力驅動微流控芯片的CIMA用于檢測黃曲霉毒素B1的操作原理和核心組件。(D) 基于上轉換納米顆粒的免疫層析分析法中智能傳感設備在檢測多種霉菌毒素中的工作原理示意圖。

圖5.(A) 統一檢測裝置用于赭曲霉素A分析的示意圖。(B) 多霉菌毒素檢測的自動化化學發光免疫分析系統示意圖。

圖6. (A) 雙模式微流控制備過程及工作原理示意圖。(B) 基于APCB和AIEFM的黃曲霉毒素M1（AFM1）靈敏免疫層析檢測示意圖。(C) 實際樣品中赭曲霉毒素A（OTA）檢測用雙模式適體傳感器開發示意圖。(D) 雙模式酶活性釩納米球介導的多色免疫傳感器用于T-2毒素靈敏識別的策略圖示。(E) 伏馬菌素（FBs）檢測用熒光“開啟”型傳感器的機理示意圖。(F) 通用的便攜式超靈敏脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（DON）免疫分析平臺示意圖。(G) 基于熒光識別的玉米赤霉烯酮（ZEN）比率型適體傳感器工作機制示意圖。(H) 一種基于小量子點修飾金屬有機框架（MOFs）的新型探針，用于液體介質中棒曲霉素的超靈敏檢測。(I) 基于智能手機平臺和上轉換納米粒子編碼微球（UCNMs）的霉菌毒素（玉米赤霉烯酮、赭曲霉毒素A、黃曲霉毒素B1）同步定量分析機制。

結論與展望

本綜述深入探討了化學發光傳感、熒光傳感、電化學發光傳感等多種可視化光學傳感模式在霉菌毒素檢測中的應用。文中系統闡述了食品中霉菌毒素的危害及傳統檢測方法的局限性，詳細解析了各類光學傳感器的工作原理與設計策略。為實現黃曲霉毒素、赭曲霉毒素、伏馬毒素等霉菌毒素的高靈敏快速現場檢測，研究人員將熒光素、量子點、貴金屬納米顆粒、COFs、MOFs、UCNPs、酶等多種功能材料與光學傳感器相融合，并運用共振能量轉移（RET）、光誘導電子轉移（PET）、聚集誘導發光效應（AIE）等檢測機制。特別聚焦光學傳感器的可視化平臺形式，系統闡釋了試紙條、水凝膠、微流控裝置及自主研發設備等不同可視化平臺類型的工作機制，這些平臺的發展為食品安全多場景快速檢測提供了更多可能。

在光學傳感領域，磷光傳感易受氧濃度、溫度波動等環境因素干擾，導致穩定性和重復性較低，因此霉菌毒素檢測中基于磷光的可視化方法報道較少，且多應用于溶解氧水平較低的液態環境。未來研究需持續探索更穩定的磷光探針并拓展其應用場景。雖然MOFs、碳納米管（CNTs）等有機多孔材料已廣泛應用于霉菌毒素的熒光與比色傳感，但同為多孔材料的COFs目前主要應用于食品基質中霉菌毒素的吸附，其光學傳感應用多需自發光配體修飾。建議研究者可著力開發更多自發光COFs材料用于實際檢測。針對污染范圍廣、毒性強的黃曲霉毒素、赭曲霉毒素、伏馬毒素等常見霉菌毒素，研究者已開發出深度化、多樣化的可視化光學傳感器，而水溶性強、耐酸且常見于果蔬加工制品的棒曲霉毒素（PAT）相關光學檢測方法尚少，這為未來研究提供了新方向。

當前，各類光學傳感器搭載的可視化設備已從定性/半定量檢測逐步向智能化、便攜化、快速定量化方向發展。這要求開發更精準的色彩捕捉設備與更高效信號處理系統，以滿足光學傳感日益增長的精度與速度需求。在此技術基礎上，物聯網、云平臺與科研及實際生產的深度融合為未來研究開辟了新路徑。具體而言，通過融合這些技術，霉菌毒素可視化光學傳感可實現檢測方法與實際檢測結果的數據互聯互通，進一步提升檢測效能。

來源：食品信息學