综述：用于功能性食品品质和安全的发光过渡金属配合物：生物活性成分及污染物的分析

《Coordination Chemistry Reviews》：Luminescent transition metal complexes for functional food quality and safety: Analysis of bioactive constituents and contaminants

随着公众对食品安全和功能食品的关注度提升，发光过渡金属配合物因其灵敏度高、稳定性强、可调光物理特性等优势，成为检测食品中生物活性成分（如黄酮类、多酚）和有害物质（农药残留、重金属等）的理想工具。本文系统总结了其设计原理、传感机制及多功能应用，强调其在复杂食品基质中的适用性和结构-性能关系，为现代食品体系提供创新检测方案。

　　

吴克嘉|梁忠航

江南大学无锡医学院，中国江苏省无锡市蠡湖大道1800号，214122

摘要

随着公众对食品安全和功能性食品的认识不断提高，对快速、灵敏且可靠的检测技术的需求也在增加。传统的分析方法虽然准确，但通常存在样品制备繁琐、处理时间较长以及适应不同食品基质能力有限的问题。发光过渡金属配合物（包括Ru(II)、Ir(III)、Pt(II)、Re(I)、Au(I)和Au(III)）作为一种多功能平台，能够克服这些挑战。它们结合了可调的光物理性质、可预测的激发态行为以及选择性的生物分子识别能力，从而能够灵敏地检测生物活性成分（如硫醇、羧酸代谢物）以及食品污染物（包括农药、重金属、抗生素残留物和霉菌毒素）。除了传感功能外，这些配合物还基于与食品相关的配体和植物化学结构开发了抗菌应用。它们的结构和电子适应性使得信号放大、实时监测以及与多种光学和催化转化途径的兼容成为可能。本文系统总结了发光过渡金属配合物在设计原理、传感机制和多功能应用方面的最新进展，为它们在现代食品质量、安全和功能评估中的作用提供了全面的视角。

引言

过去十年间，由于公众和科学界对“食品即药物”这一理念的日益关注，功能性食品、营养补充剂和膳食补充剂的发展迅速。这一概念强调了天然存在的生物活性成分的健康促进潜力。尽管如此，相关概念和法规仍存在许多不确定性。功能性食品和营养补充剂的定义在不同地区存在差异，生物活性化合物的分类也尚未标准化。因此，对这些成分进行定性和定量评估不仅对于验证其真实性和支持质量控制至关重要，还确保加工、储存和运输过程不会影响其功能效果[1]、[2]。同时，确保这些功能性产品的安全性和质量需要应对化学和生物污染物（包括农药残留物、重金属、兽药残留物、霉菌毒素以及由农业实践、环境污染、不当储存或故意掺假产生的内源性副产物如丙烯酰胺）所带来的风险。这些物质可能出现在食品供应链的多个环节，对健康造成急性和慢性危害，并使食品安全评估变得复杂[3]、[4]、[5]。因此，灵敏、选择性和快速的分析平台对于监测食品安全和生物活性成分的完整性至关重要，从而支持安全、高质量的功能性食品产品的开发。虽然传统的分析技术（包括色谱法、质谱法、电泳法、酶联免疫吸附测定法（ELISA）和纳米材料增强型ELISA）具有高准确性和灵敏度，但它们通常需要繁琐的样品制备过程、耗时的操作以及依赖训练有素的人员和昂贵的仪器设备。这些限制限制了它们在实时或现场监测中的应用[6]、[7]、[8]、[9]、[10]、[11]。因此，人们越来越需要能够提供类似分析性能但操作更简单、更灵活的替代传感策略。

在这种情况下，基于发光过渡金属配合物的传感系统因其高光稳定性、化学稳定性、可调的发射特性、长的激发态寿命以及良好的细胞内化特性而受到越来越多的关注[12]、[13]。包括钌(II) (Ru(II))、铱(III) (Ir(III))、铂(II) (Pt(II))、铼(I) (Re(I))、金(I) (Au(I))和金(III) (Au(III))在内的发光过渡金属配合物已成为食品质量和安全评估的强大分析平台[14]、[15]、[16]、[17]、[18]、[19]。它们明确的配位几何结构、可调的光物理和催化性质以及可预测的激发态行为支持了在传感、成像和功能干预方面的广泛应用[20]、[21]。特别是，发光过渡金属配合物具有强而持久的磷光、较大的能量间隙、高光稳定性、易于修饰、小尺寸、高氧化还原活性、可调节的毒性以及对生物分子的选择性结合能力，能够灵敏地检测微量污染物（如霉菌毒素、抗生素残留物、反应性醛类和重金属）（图1）[22]、[23]、[24]。越来越多的证据还表明，它们在分析食品中的生物活性成分（包括黄酮类、多酚类、肽类和维生素）以及基于与食品相关的配体和植物化学结构开发抗菌剂方面具有实用性[19]、[25]、[26]。尽管已有几篇综述全面总结了发光过渡金属配合物在化学、生物和生物医学领域的光物理性质、配位化学和传感机制，但对其在功能性食品基质中的性能研究相对较少，而这些基质属于分析难度较高的环境。功能性食品和营养补充剂本质上是异质系统，由复杂的生物活性成分、辅料、宏量营养素和加工衍生成分组成，所有这些因素都可能显著影响配位行为、发射效率和传感准确性。在这篇综述中，我们重点探讨了基于发光过渡金属配合物的传感平台在真实食品相关环境中的工作原理，特别强调了在食品相关条件下监测健康促进性生物活性成分和检测化学及生物污染物的双重分析目标。因此，本文重点介绍了设计原理、传感机制、结构与性质之间的关系以及新兴趋势，为发光过渡金属配合物在现代食品系统中的作用提供了前瞻性的视角。

部分摘录

基于发光过渡金属配合物的传感原理

过渡金属配合物由于其可访问的激发态而表现出多样的光物理和电化学性质，包括配体到金属的电荷转移（LMCT）、金属到配体的电荷转移（MLCT）以及配体到配体的电荷转移（LLCT）。这些性质源于金属-配体之间的键合相互作用和配体场的强度[19]、[27]。通常，第一行金属的配合物由于配体场较弱而表现出较弱的发光性能

氧化还原活性小分子代谢物的发光传感

发光过渡金属配合物已被证明是监测生物活性物质和代谢物相关物种的有效工具，有助于了解功能性食品的质量和安全性。这些配合物能够进行可控的光物理响应，使其特别适合选择性检测含硫生物分子（如半胱氨酸（Cys）、同型半胱氨酸（Hcy）和谷胱甘肽（GSH），这些物质在氧化还原平衡、蛋白质合成中起着核心作用

总结与展望

发光过渡金属配合物越来越被认作是监测与食品质量、污染物监测和生理状态相关的环境和物理化学参数的强大工具（图20）。它们长的激发态、丰富的氧化还原行为和可调的配位环境使它们在复杂和自荧光基质中具有优势（表1）。尽管具有这些优点，目前的基于发光过渡金属配合物的

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利益冲突声明

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致谢

本工作得到了国家自然科学基金（资助编号：82200403）、中国澳门特别行政区科学技术发展基金（文件编号：0002/2025/NRP、0045/2023/AMJ、0032/2023/RIB2、005/2023/SKL）、广东省基础与应用基础研究基金（文件编号：2025A1515010971）、中国澳门特别行政区澳门大学（文件编号：MYRG-GRG2024-00202-ICMS-UMDF）、深圳市科技创新计划（文件编号：SGCX20250526152502004）的支持。