不同维度材料在霉菌毒素荧光检测方面的最新进展

《Food Research International》：Recent advances of different dimensional materials for the fluorescent detection of mycotoxins

纳米材料荧光检测技术综述：系统分析0D-3D纳米材料合成方法及在黄曲霉毒素等检测中的应用，揭示维度差异对荧光性能的影响机制，提出优化策略并探讨技术挑战与未来方向。

　　

赵亮|徐晓云|徐恒毅

中国江西省南昌市南昌大学食品科学与资源国家重点实验室，邮编330047

摘要

霉菌毒素是各种食品中普遍存在的污染物，对人类健康构成严重威胁，并给食品行业带来巨大经济损失。因此，亟需快速、灵敏的检测方法。基于纳米材料的荧光检测技术已成为霉菌毒素分析的一种有前景的方法。本文系统总结了零维（0D）、一维（1D）、二维（2D）和三维（3D）纳米材料在该领域的最新进展。不同维度纳米材料之间的检测性能差异主要源于其独特的结构设计。我们全面讨论了各种维度纳米材料的合成方法，强调了每种类型在荧光霉菌毒素检测中的优缺点。此外，还提出了基本的设计原则，以指导开发更高效、超灵敏和准确的荧光生物传感器，促进其在复杂食品基质中的实际应用。最后，概述了基于多维纳米材料的霉菌毒素检测技术的当前挑战和未来发展趋势。本文为开发定制材料以增强食品安全监测和保护公众免受霉菌毒素危害提供了重要见解。

引言

近年来，为了满足不断增长的世界人口需求，食品的数量、质量和多样性也随之增加。因此，包括谷物、油脂、蔬菜、水果、肉类、鸡蛋、水产品和乳制品在内的食品安全对于人类福祉和健康至关重要。然而，食品在加工、储存和运输过程中受到霉菌毒素（如黄曲霉毒素B1（AFB1）、赭曲霉毒素A（OTA）和玉米赤霉烯酮（ZEN）的污染是一个重大风险（Asumadu等人，2026年；X. Yan等人，2022年；Zong等人，2021年）。霉菌毒素是农产品受到污染后产生的次级代谢产物，可诱发癌症以及胃肠道、泌尿生殖系统、血管、肾脏和神经系统的疾病（X. Cai等人，2023年）。许多国家和地区已经制定了食品中这些毒素的最大允许限量（Long等人，2023年）。因此，准确和灵敏地检测霉菌毒素对于保护公众健康至关重要。

为了检测食品中的霉菌毒素残留，研究人员采用了多种不同的方法。传统方法包括高效液相色谱（HPLC）（Garcia-Villanova等人，2004年）、高效液相色谱-荧光检测（HPLC-FLD）（Rahmani等人，2010年）、液相色谱-质谱（LC-MS/MS）（Pallarés等人，2017年）和高性能液相色谱-质谱（HPLC-MS/MS）（Campone等人，2018年）。尽管这些方法具有较高的灵敏度和准确性，但通常需要昂贵的仪器、受过培训的操作人员以及复杂的样品制备程序。这些限制阻碍了它们快速高效地检测真实样品中的分析物（C. Zeng等人，2023年）。与传统技术相比，荧光方法具有响应迅速、灵敏度高、选择性强以及能够可视化确定目标物质空间分布等优点（Y. Wang & Chen，2021年）。目前，多种荧光检测技术被用于霉菌毒素的识别。

1981年扫描隧道显微镜（STM）的出现极大地激发了人们对纳米技术的兴趣，使其成为21世纪一个备受关注的领域（Bayda等人，2020年）。纳米技术涵盖了众多领域，从学术界到工业界都有广泛应用，其尺寸范围从1纳米到100纳米（M. Sahoo等人，2021年；Wyrzykowska等人，2022年）。纳米材料具有独特的表面和界面特性，以及纳米尺度和宏观量子隧穿效应，使其成为多种应用中的多功能工具，包括生物传感（Jagtiani，2022年；Pirzada & Altintas，2022年）。纳米材料可以根据其维度特征分为四类：0D、1D、2D和3D。

0D纳米材料，如量子点（QDs）、碳点（CDs）、上转换纳米颗粒（UCNPs）、金属纳米簇和金属纳米颗粒，在三个维度上均受到限制，表现出尺寸依赖的光学性质和高表面反应性，但方向性功能有限（H. He等人，2025年；S. C. Tan等人，2023年）。1D纳米材料如金纳米棒（AuNRs）和碳纳米管具有各向异性的结构和高长径比，能够实现定向能量传输和增强的等离子体效应（Baydin等人，2022年；R. Zhou等人，2022年）。2D纳米材料如氧化石墨烯（GO）、石墨碳氮化物（g-C₃N₄）、金属氧化物和金属硫化物，具有原子级厚度、出色的表面积和平面几何结构，有利于强界面相互作用和多样的表面修饰（Dhanola & Gajrani，2023年；Xie等人，2022年）。3D纳米材料如中空和介孔纳米材料将低维组分整合到分层结构中，通过高孔隙率和多功能位点实现协同效应（Naderi等人，2024年；Pandey等人，2025年）。

目前，已有部分关于不同维度纳米材料在表面增强拉曼散射（SERS）（J. Wu等人，2020年）、气体传感器（T. Zhou & Zhang，2021年）和光电传感器（Zhang等人，2020年）中应用的综述。一些研究还概述了不同维度纳米材料在microRNA分析中的应用（Li, Li等人，2021年）。然而，尚未有综述全面介绍用于霉菌毒素荧光检测的纳米材料的不同维度。本文综述了生产纳米材料的方法，分为自下而上和自上而下的方法。随后依次介绍了不同类型纳米材料（0D、1D、2D和3D）在霉菌毒素荧光检测中的应用。本文提供了关于将纳米材料与荧光检测结合用于识别和检测霉菌毒素的理论指导。最后，讨论了现有的障碍和潜在的未来研究方向。

部分摘录

不同维度纳米材料的合成方法

目前，已经建立了多种快速且高度灵敏的荧光技术用于霉菌毒素的识别。这些技术经常与纳米材料结合使用。纳米材料的合成主要采用两种方法：自下而上和自上而下。本节主要介绍不同合成方法的机制、优缺点，为纳米材料的制备提供一些基础（表1）。（见

不同维度材料在霉菌毒素荧光检测中的应用

通过控制反应条件和各种底物或反应物的类型，可以生成不同类型的纳米材料。这些纳米材料在尺寸上具有不同的形态特性，包括0D（量子点、碳点、上转换纳米颗粒、金属纳米簇和金属纳米颗粒）、1D（金纳米棒、碳纳米管）、2D（氧化石墨烯、石墨碳氮化物、金属氧化物和金属硫化物以及其他纳米片）以及3D（中空和多孔纳米材料）。此外，一些具有特殊设计的纳米结构还可以

结论与展望

总之，由于先进的表征技术和未来技术的需求不断增加，过去几十年中不同维度纳米材料的发展取得了显著进展。本文综述了用于生产纳米材料的合成策略及其在荧光检测中的应用。所展示的纳米结构在霉菌毒素的荧光检测中表现出显著的效果

CRediT作者贡献声明

赵亮：撰写——原始草稿、软件开发、概念构思。徐晓云：可视化、实验研究。徐恒毅：撰写——审稿与编辑、监督、资源获取、资金筹措、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢南昌大学食品科学与资源国家重点实验室的研究项目（项目编号SKLF-ZZB-202328）提供的财务支持。