综述：智能手机辅助的有机小分子荧光探针作为便携式传感设备，用于食品质量和安全检测：研究进展与应用类型（2021–2025年）

《Coordination Chemistry Reviews》：Smartphone-assisted organic small-molecule fluorescent probes as portable sensing devices for food quality and safety detection: Research progress and application types (2021–2025)

基于小分子荧光探针与智能手机联用技术，综述了2021-2025年食品有害物质实时现场检测的研究进展，涵盖农药残留、重金属离子、防腐剂及食品腐败标志物等检测场景。智能手机通过内置摄像头和处理器实现荧光信号采集与智能分析，其设计原理包括ICT、PET、AIE等荧光增强机制，检测模式涵盖荧光强度变化、多响应比信号等类型。研究指出该技术具有快速（数秒内）、便携、高灵敏度（低检测限）和普适性优势，检测准确度接近国家标准方法，为非专业人员开展食品质量评估提供新路径。未来需突破探针稳定性与设备小型化瓶颈，提升复杂基质中检测选择性。

　　

刘家文|吴晓明|杨少祥|田宏宇|孙宝国

北京工商大学食品风味化学重点实验室，中国北京100048

摘要

开发一种操作简便、适用范围广且能够进行实时现场检测的食品安全检测方法具有重要的实际价值。在此背景下，小分子荧光探针与智能手机相结合的检测技术凭借其独特的优势，已成为食品安全检测的核心研发方案。近年来，大量研究报道了利用该技术方法检测食品中各种限量添加剂的情况。因此，本文重点讨论了自2021年以来使用该技术方法进行食品安全检测的研究进展，并分析了智能手机在检测过程中的作用。同时，对有机小分子荧光探针与智能手机辅助检测的主要设计原理、传感信号类型及其在不同检测场景中的应用进行了详细综述。最后，探讨了该技术的未来改进方向，旨在为更智能、更先进的便携式检测设备的发展提供参考和支持。

引言

随着食品贸易全球化和食品产业大规模扩张的双重发展趋势，现代食品产业链逐渐呈现出多区域协同生产和多环节运输与流通的复杂格局。虽然食品制造链的现代化有效提高了生产效率，但也增加了流通过程中潜在食品安全风险的可能性[1]、[2]、[3]。世界卫生组织（WHO）最近发布的数据显示，全球每年约有6亿人因食用受污染的食品而感染食源性疾病，其中42万例导致直接死亡[4]、[5]。这些数据直观地反映了食品安全问题的严重性，同时也凸显了建立全面食品安全监管和控制体系的紧迫性。

在威胁食品安全的有害物质中，化学物质毒性最强，对人类健康的影响最为严重。例如，蔬菜和水果中过量的农药残留会直接影响人体器官的健康[6]。汞离子（Hg²⁺）、铝离子（Al³⁺）和铅离子（Pb²⁺）进入人体后容易在体内积累，难以通过正常生理途径排出，从而对神经系统造成不可逆的损害[7]。不当使用次氯酸盐等杀菌剂会导致人体肝肾功能下降并引发神经系统疾病[8]。此外，肉类变质过程中产生的生物胺一旦超过阈值，会引起恶心、呕吐甚至中毒性休克等症状[9]。虽然高效液相色谱（HPLC）[10]、高效液相色谱-质谱（HPLC-MS）[11]和气相色谱-质谱（GC–MS）[12]等传统检测技术能够准确测定目标分析物，但它们不适用于多种不同场景下的实时检测[13]。因此，开发既能实现精确测量又能快速响应的便携式检测方法具有重要的实际意义。

为了实现食品质量检测的普遍适用性，小分子荧光探针与智能设备相结合的检测技术逐渐得到发展和完善。有机小分子荧光探针具有易于分子结构修饰、荧光性质可调、信号发射稳定性高和荧光响应速度快等优点。通过探针与目标物质形成的“锁钥”结构，可以实现特异性和选择性的识别[14]、[15]、[16]。智能手机现已发展成为全球普及的便携设备，其内置的高分辨率摄像头和强大处理器可以替代部分传统仪器来捕捉荧光信号的变化[17]。小分子探针与智能手机的结合简化了操作流程，缩短了检测时间，降低了投资成本，并突破了实际应用环境的限制。近年来，许多研究人员开发了多种创新的硬件集成设备或智能数据处理系统，如便携式3D打印设备[18]、人工智能（AI）图像识别[19]、机器学习算法[20]等，显著提高了小分子荧光探针检测的准确性和可靠性。这使得智能设备辅助的荧光检测平台在疾病生物标志物[21]、细胞物理微环境[22]、病理诊断[23]和环境监测[24]等领域得到广泛应用，展现了强大的实际应用潜力。目前，基于该技术的食品安全检测研究已较为成熟，能够在极短时间内（某些反应仅需几秒）实现目标物质的精准识别和高选择性检测。此外，在一些研究中，智能检测平台系统的检测结果与国家标准方法相当，显示出在实际检测中的巨大应用潜力[25]。图1展示了使用小分子荧光探针与智能手机联合检测目标物质的整个过程。这种联合检测技术的出现大大扩展了食品质量和安全监测的应用范围，使非专业技术人员也能独立进行食品质量评估，从而最大程度地保护消费者的健康权益。

基于智能手机辅助小分子荧光探针技术在食品质量和安全检测领域的独特优势及广阔应用前景，本文重点讨论了自2021年以来利用该技术进行食品安全检测的研究现状。进一步深入分析了智能手机在检测过程中的作用，将其功能分为两类（颜色信号转换和数据结果分析处理），并详细阐述了每类功能。本文还系统回顾了基于智能手机辅助检测的小分子荧光探针的主要设计原理（如分子内电荷转移（ICT）、光还原电子转移（PET）、聚集诱导发射（AIE）、激发态分子内质子转移（ESIPT）等）和传感信号类型（荧光信号开关型、开关型、比率型、多响应型等）。此外，还分类讨论了该技术在农药和兽药残留、防腐剂、重金属离子及食品变质标志物等不同检测场景中的应用情况。最后，基于此评估了当前技术的不足之处及未来研究的创新和发展方向。目前已有相关综述讨论了结合智能手机的食品质量荧光检测技术[1]、[9]、[13]、[14]、[17]、[25]、[26]、[27]，但近年来（2021–2025年）关于利用智能手机辅助小分子荧光探针对食品中各种有毒有害物质进行实时现场检测的综合性研究较少。同时，从检测平台和识别工具双重角度阐述这两种组件协同性能和应用的综述也很少见。因此，本文对该类型研究进行了全面系统的讨论，希望为学术研究和产业转型提供参考，进一步推动便携式食品安全检测技术的发展。

部分摘录

智能手机在检测过程中的作用

当前智能手机功能的快速进步推动了其在小分子荧光探针食品质量和安全检测研究领域的广泛应用。有机分子荧光探针与智能手机的结合，使食品安全检测从实验室验证转变为实时现场检测，更好地满足了家庭食品质量等日常场景的定量监测需求

小分子荧光探针的检测机制和传感方式

有机小分子荧光探针是一类基于碳骨架的有机荧光化合物，具有低分子量和易于合成及修饰的结构。它们通过与目标分析物的特异性位点识别、化学反应或对环境因素的反应，产生多种类型的荧光变化。其设计策略的关键在于荧光团的组合与调整

在食品质量和安全检测中的应用

食品从生产、加工、制备到销售的整个过程复杂漫长。这意味着在食品流通的任何环节，稍有不慎就容易引入对人体健康有害的污染物。这些有毒有害物质的来源大致可分为以下几类：种植阶段使用的农药和兽药残留、食品中添加的非法化学物质

结论与未来展望

随着当前食品产业链的复杂化以及公众健康意识的显著提高，食品安全检测已从“可有可无”的项目发展成为“不可或缺”的要求。小分子荧光探针与智能手机相结合的检测技术凭借其准确性、便携性、智能化、普遍适用性和实时性能，逐渐成为食品检测的核心创新方向

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文工作的已知财务利益或个人关系。

致谢

感谢国家自然科学基金（编号：32130083）的支持。