《TrAC Trends in Analytical Chemistry》：Multidimensional biosensing of aflatoxin B1 based on molecular recognition elements: mechanisms, strategies and perspectives
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Keren Chen|Longjiao Zhu|Dongyuan Cheng|Jiaru Yang|Shimin Chang|Wentao Xu河北工程大学生命科学与食品工程学院，中国河北省邯郸市太极路19号，056000摘要黄曲霉毒素B1（AFB1）是最具毒性和普遍存在的霉菌毒
Keren Chen|Longjiao Zhu|Dongyuan Cheng|Jiaru Yang|Shimin Chang|Wentao Xu
河北工程大学生命科学与食品工程学院，中国河北省邯郸市太极路19号，056000
摘要
黄曲霉毒素B1（AFB1）是最具毒性和普遍存在的霉菌毒素之一，对食品安全和公共卫生构成重大威胁。因此，开发快速、灵敏且可靠的检测方法至关重要。近年来，基于分子识别元件（MREs）的生物传感器因其高特异性、灵活性和适用于现场分析的特点而成为有前景的工具。本文综述了AFB1生物传感领域的最新进展，重点介绍了抗体、肽、酶、功能性核酸、分子印迹聚合物（MIPs）和金属有机框架（MOFs）等代表性MREs。文章比较讨论了这些元件的识别机制、传感策略和分析性能。特别是，结合纳米材料和功能性核酸的多维传感策略显著提高了在复杂食品基质中的灵敏度、稳定性和适用性。最后，文章还探讨了当前面临的挑战和未来发展方向，包括新型功能性核酸识别元件的开发、多重检测技术、便携式传感平台以及MRE介导的解毒方法。该综述为下一代AFB1生物传感器的合理设计提供了宝贵见解，并促进了其在食品安全、环境监测和公共卫生领域的应用。
引言
霉菌毒素是一类由多种丝状真菌产生的有毒次级代谢产物。根据联合国粮食及农业组织（FAO）的数据，全球至少25%的谷物作物受到霉菌毒素的污染1。其中，黄曲霉毒素B1（AFB1）主要由黄曲霉（Aspergillus flavus）和寄生曲霉（Aspergillus parasiticus）产生，被认为是自然界中最强的致癌物之一，在花生、玉米、小麦和辣椒等主要作物中广泛存在。长期暴露于AFB1与肝细胞癌密切相关，并且还与多器官损伤有关2。由于其高毒性、稳定性和在食品及农产品中的普遍存在，AFB1引起了全球的广泛关注。
目前，由于难以消除真菌生长以及解毒成本高昂，有效预防和控制霉菌毒素污染仍然具有挑战性。因此，开发快速、灵敏且可靠的检测技术已成为减轻霉菌毒素相关风险的关键策略。现有的AFB1标准分析方法主要依赖于高效液相色谱（HPLC）与荧光或质谱检测器等复杂仪器3, 4。这些方法具有出色的灵敏度和准确性，但需要昂贵的仪器、复杂的样品制备过程和熟练的操作人员，这限制了其在现场和实时监测中的应用。为了解决这些问题，人们正在努力开发具有高灵敏度、特异性和操作简便性的便携式生物传感平台，特别是在资源有限的环境中实现快速检测。
分子识别在决定生物传感器的选择性和分析性能方面起着核心作用。迄今为止，已经开发出了多种用于AFB1检测的分子识别元件（MREs），包括抗体、肽、酶和功能性核酸等生物元件，以及金属有机框架（MOFs）、分子印迹聚合物（MIPs）和新兴的混合材料5, 6, 7, 8, 9。这些MREs通过不同的机制与AFB1特异性结合，从而显著影响传感系统的灵敏度、准确性和稳定性。更重要的是，MREs不仅作为目标捕获单元，还通过调节目标富集、界面反应、信号转导效率和对基质干扰的抵抗力来调控传感过程10。因此，合理设计和选择MREs对于提高AFB1生物传感器的整体性能和实际应用性至关重要。
本文系统总结了基于多种分子识别元件的AFB1快速检测的最新进展（见图1）。首先讨论了代表性MREs（包括抗体、肽、酶、功能性核酸、MIPs和MOFs）的基本识别机制，随后重点介绍了MRE介导的传感策略及其在多种信号转导平台中的集成应用，特别是多维信号输出系统（如光学、电化学和光电化学传感方法）。最后，讨论了当前面临的挑战和未来发展方向，以推动下一代快速、现场检测技术的发展，服务于食品安全和环境监测。
章节摘录
分子识别机制
迄今为止，已经开发了许多用于AFB1快速灵敏检测的MREs。MREs与其目标分子之间的相互作用机制决定了传感系统的灵敏度、选择性和稳定性。深入理解这些分子识别过程对于合理设计和优化高性能传感平台至关重要。
基于抗体的策略
基于抗体的传感策略是应用最成熟、最广泛的AFB1检测方法之一，因为它们具有优异的亲和力和特异性。得益于强大的抗原-抗体识别能力，这些方法在食品安全监测和临床诊断中得到了广泛应用。作为小分子配体，霉菌毒素（如AFB1）通常需要与载体蛋白结合以诱导免疫反应并产生特异性抗体。
多维信号输出
通过整合不同的分子识别元件，AFB1的特异性结合事件可以通过多维传感策略转化为多种物理化学信号，从而实现准确和灵敏的定量分析。这些策略不仅提高了分析性能，还扩展了检测平台在复杂食品基质中的适用性。目前，多维信号转导方法主要包括光学、电化学和
总结与未来展望
本文综述了基于多种分子识别元件和多维传感策略的AFB1快速检测的最新进展。尽管不同MREs在结合亲和力和结构特性上存在差异，但大多数MREs仍能在复杂食品基质中实现高灵敏度和特异性检测。然而，为了满足日益增长的需求，仍需在识别策略、传感平台和实际应用方面进一步改进
作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
Wentao Xu：指导。Shimin Chang：指导。Jiaru Yang：撰写——初稿，概念构思。Dongyuan Cheng：资源支持。Longjiao Zhu：实验研究。Keren Chen：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
本工作得到了国家自然科学基金（32572682、32372442）和北京农业研究创新联盟（BAIC01）的支持。
