TRENDS FOOD SCI TECH | 水凝胶在食品安全传感中的最新应用

2022年10月9日，南京财经大学食品科学与工程学院汤晓智教授课题组与河北食品检验研究院张岩研究员联合在食品国际顶尖学术刊物Trends in Food Science & Technology（一区，IF=16.002）在线发表了题为 “Recent applications of hydrogels in food safety sensing: Role of hydrogels” 的综述论文。

该论文以南京财经大学为第一单位，程玮玮博士为第一作者。该项研究工作得到了国家重点研发计划、江苏省高等学校自然科学研究面上项目、南京市留学人员科技创新项目及江苏省高校优势学科建设工程项目的资助。

获得安全的食品对人类健康至关重要。因此，对食品中有害物质的有效传感是非常必要的。具有三维聚合物网络结构的水凝胶具有良好的生物相容性、比表面积大、易于功能化、结构灵活和稳定性好等优点。近年来，刺激反应型水凝胶在食品安全监测的传感领域引起了极大的关注。为了更好地了解水凝胶在实时食品安全监测方面的最新进展，本综述介绍了水凝胶基材料在开发各种食品安全传感器中的最新应用。根据信号传导模式，该文对这些应用进行了比较、讨论和总结，概述了每种应用的传感机制，并强调了水凝胶在每种传感策略中的作用。最后，该文还讨论了基于水凝胶传感器所面临的挑战和未来趋势。基于目标触发的光学、电学、化学或生物信号，水凝胶基材料在食品安全监测中表现出了优越的性能。尽管水凝胶基材料表现出了巨大的潜力，但在它们被广泛用于商业化的食品安全控制系统之前，仍需不断努力。随着新型合成和功能化方法的发展，水凝胶基传感器有望进一步促进食品安全传感的效率。更重要的是，通过与智能传感设备的结合，基于水凝胶的传感器有望显著改善传感器对实际样品的适用性。

本综述讨论了水凝胶作为传感基质在测定食品中有害物方面的最新应用和作用。基于其目标反应的光学、电学、化学或生物信号，水凝胶可用于目标传感。水凝胶的固有特性为智能传感器的构建提供了若干优势。一方面，它们的化学多样性和调整其特性的可能性有利于设计刺激响应型水凝胶，基于此，水凝胶本身可用于设计传感器。另一方面，通过将智能分子/纳米材料装载入水凝胶高度湿润的结构中也使得各种（生物）传感器的制造成为可能。水凝胶的非刚性多孔结构有利于生物分子和纳米颗粒的固定化，这有利于目标识别和信号放大。水凝胶的稳定结构防止了检测过程中的颗粒聚集和信号变化。它们的多孔结构允许目标分析物通过水凝胶基质渗透，同时防止大尺寸食品组分的进入。此外，它们可以通过固相微萃取过程将分析物提取到水凝胶结构中，而且它们的形状适应性强，可在实际应用中用于表面 "粘贴-读取"分析。近年来，关于水凝胶的传感器的出版物的逐渐增多，通过引入化学分子、生物分子和其他智能纳米材料，人们正在为实现水凝胶的功能化做出巨大努力。尽管基于水凝胶的传感器已经显示出巨大的潜力，但仍有一些挑战有待解决，为未来的研究提供了大量的空间。

首先，随着聚合物工程技术的发展，通过新的交联方法设计和合成聚合物网络，实现对功能的靶向调控，包括对目标的选择性、机械强度、导电性和生物或化学反应特性，是很有意义的。此外，未来基于水凝胶传感器的发展也将大大受益于对作为水凝胶基本构建单元的聚合物的结构和功能的日益精确控制。其次，未来可以利用计算建模和虚拟仿真技术，更好地解释水凝胶的“成分-结构-性能”关系，改进水凝胶传感器的结构设计。再次，除了具体的传感器设计外，通过将水凝胶与微型化技术的结合可以提供可观的应用前景。将基于水凝胶的传感器整合到芯片或微流控系统中，将有助于开发便携式和小型化的传感工具。最后，在新一代（生物）传感器中需要开发基于水凝胶的多目标检测平台，从而满足在一个检测平台中对目标进行广谱检测的需求。

总而言之，尽管水凝胶基材料在食品安全快速传感方面显示出巨大的潜力，但在它们能够广泛用于商业化的食品安全控制系统之前，仍需继续努力。通过多学科合作，如高分子工程、材料科学和生物化学，水凝胶基传感器有望在未来进一步促进食品安全监测的效率。

图解摘要

图1 水凝胶在各传感策略中的作用

作者简介

程玮玮，女，博士，南京财经大学校聘副教授，硕士生导师。主要从事光谱快速检测、纳米材料合成修饰、化学传感器构建、天然高分子修饰改性等方面的研究工作。在食品领域主流期刊如Journal of Agricultural and Food Chemistry、Food Chemistry、Journal of Food Engineering、LWT-Food Science and Technology等发表SCI论文20余篇，其中第一及通讯作者SCI论文15篇，ESI高被引论文3篇，获授权发明专利5项。

文章及图片由南京财经大学程玮玮博士提供，点击下方 阅读原文 即可查看英文摘要原文。

为进一步促进动物源食品科学的发展，带动产业的技术创新，更好的保障人类身体健康和提高生活品质，北京食品科学研究院和中国食品杂志社在宁波和西宁成功召开前两届“动物源食品科学与人类健康国际研讨会”的基础上，将与郑州轻工业大学、河南农业大学、河南工业大学、河南科技学院、许昌学院于 2022年12月3-4日 在河南郑州共同举办“2022年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”。欢迎相关专家、学者、企业家参加此次国际研讨会。