论文标题：Biosensors for Food Mycotoxin Determination: A Comparative and Critical Review

论文链接：https://www.mdpi.com/2227-9040/12/6/92

期刊名：Chemosensors

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/chemosensors

文章导读

真菌毒素 (mycotoxins) 是由霉菌在农产品生长、收获、储存或加工过程中产生的次级代谢产物，具有极高的毒性、致癌性和致突变性，对人类与动物健康构成严重威胁。由于其在食品链中的隐蔽性与稳定性，如何实现快速、准确且低成本的检测一直是食品安全领域的重大挑战。传统的检测方法，如高效液相色谱 (HPLC) 与质谱联用技术 (LC-MS/MS)，虽然灵敏度高，但成本昂贵、操作复杂、耗时较长，限制了其在基层实验室与现场检测中的应用。近年来，生物传感器 (biosensors) 技术凭借高选择性、快速响应与可现场操作等优势，成为真菌毒素检测研究的热点。

罗马尼亚布加勒斯特农艺科学与兽医大学Aurelia Magdalena Pisosch团队在 Chemosensors 期刊发表了一篇文章，研究系统回顾了生物传感技术在真菌毒素检测中的发展现状，涵盖免疫传感、核酸传感、酶传感与分子印迹等多种检测策略。本研究不仅比较了不同类型生物传感器在灵敏度、特异性、检测限与应用场景上的差异，也对其商业化潜力与未来发展方向进行了批判性分析。这篇文章全面介绍生物传感器技术在食品安全领域的应用潜力与发展方向，为相关科研人员、食品行业从业者及政策制定者提供了有价值的参考。

1. 生物传感器的组成与原理

典型的生物传感器主要由三部分组成：识别元件 (bioreceptor)：负责特异性识别目标毒素，常用的包括抗体、适配体、酶、受体蛋白或分子印迹聚合物。换能器 (transducer)：将生化识别信号转换为可测的物理信号，如电流、电位、光强或频率变化。信号处理系统：放大并转换信号，实现定量检测与数据输出。根据换能原理不同，生物传感器可分为电化学型、光学型、压电型等类别，其中电化学与光学传感器最为成熟，应用广泛 (图1)。

图1. 生物传感器汇总图。

2. 电化学生物传感器

电化学传感器因其灵敏度高、成本低、结构简洁、可现场使用等优势，被广泛用于真菌毒素检测。其检测机制包括：通过测量电流变化定量分析毒素浓度得安培型传感器；监测电极电位变化的电位型传感器；通过电荷转移阻抗反映毒素结合过程的阻抗型传感器 (图2)。例如，基于金纳米粒子修饰电极的适配体传感器可用于检测AFB?，检测限低至皮克摩尔 (pM) 级；而分子印迹聚合物 (MIP) 电化学传感器因其优异的稳定性与可重复使用性，成为非生物识别元件的重要方向。此外，文献特别强调了多信号放大策略的应用，如利用石墨烯、碳量子点、金属有机框架 (MOFs) 等纳米材料，显著提升了电子传输效率与检测灵敏度。

图2. ISFET基生物传感器的示意图 (VD——漏源电压，VG——栅源电压)。

3. 光化学生物传感器

光学传感器在真菌毒素检测中展现出无标记、可视化、多目标检测等优势。根据信号类型可分为：荧光型传感器：利用荧光团或量子点与毒素结合导致荧光淬灭或增强；表面等离子共振 (SPR) 传感器：通过检测光反射角变化实现实时监测 (图3)；比色传感器：颜色变化肉眼可见，适合现场快速筛查。文章特别提到一种基于金纳米棒 (AuNRs) 比色传感器，可在10分钟内完成AFB?的半定量检测，实现可视化预警。此外，结合光纤或微流控芯片技术的光学传感器进一步实现了高通量与自动化。

图3. 基于电场诱导有损模式共振的光学平面波导传感器的示意图与实物照片。

4. 压电与新型混合传感技术

压电型传感器 (如石英晶体微天平，QCM) 通过监测质量变化实现毒素检测，具有高灵敏、无需标记的特点。近年来，研究者将其与电化学信号结合形成混合型传感器，大幅提升检测稳定性与抗干扰能力。此外，新兴的纳米酶催化放大、适配体-CRISPR协同检测等新机制正在成为研究热点，推动生物传感器向高灵敏、多目标、一体化检测平台发展。

文章总结

本综述系统地对食品中真菌毒素检测的生物传感技术进行了回顾与比较。研究表明，生物传感器在灵敏度、特异性、检测速度及便携性方面展现出显著优势，已成为传统色谱与免疫分析技术的有力补充。无论是基于抗体、酶还是适配体的识别体系，亦或是电化学、光学与压电等信号转导模式，科学家们均在不断突破检测灵敏度与多目标识别的技术瓶颈。文献指出当前仍存在若干关键挑战：其一，食品样品基质复杂，可能导致假阳性或信号抑制；其二，识别元件如抗体或适配体在高温、高湿等实际检测环境下稳定性不足；其三，多毒素共存条件下的多通道检测与数据解耦问题亟待解决。此外，如何实现传感信号的智能化处理、检测平台的可再生性与环境友好性，亦是未来研究的重点方向。

展望未来，真菌毒素生物传感技术将朝着智能集成化、现场实时化与多维检测化方向发展。结合纳米材料、人工智能与微流控芯片等前沿技术，有望实现从实验室分析向现场即时检测的跨越。随着全球食品安全监管日趋严格，生物传感器不仅是科研创新的热点，更将成为食品质量监测体系中的关键技术支柱。可以预见，在未来十年内，这一技术将与信息化检测平台深度融合，推动食品安全监测迈向智能化与精准化的新纪元。

Pisoschi, A.M.; Iordache, F.; Stanca, L.; Mitranescu, E.; Bader Stoica, L.; Geicu, O.I.; Bilteanu, L.; Serban, A.I. Biosensors for Food Mycotoxin Determination: A Comparative and Critical Review. Chemosensors 2024, 12, 92. https://doi.org/10.3390/chemosensors12060092

Chemosensors 期刊介绍

主编：Nicole Jaffrezic-Renault, CNRS/University of Franche-Comté, France; Jin-Ming Lin, Tsinghua University, China

期刊范围涵盖化学传感理论；机理和检测原理；开发、制造技术；化学分析方法在食品、环境监测、医药、制药、工业、农业等方面的应用。