《食品科学》：北京工商大学刘慧琳教授等：功能化纳米材料推动食品中新污染物快速分析：从设计到应用

近几十年来，随着工业化和城市化进程的加速，各类化学品被大量合成和广泛使用。其中大部分尚未被标准监控和监管计划涵盖。为了将它们与传统化学污染物区分开，科学界将它们称为“新兴化学污染物”或“新污染物”。

新污染物涵盖的内容比较广泛，我国新污染物治理专家，江桂斌院士在2025年第19届POPs论坛上从这些共性出发也将新污染物进一步定义为“在环境中产生或正在使用的具有难降解、长距离迁移、生物可累积、毒性与健康危害的化学品或微生物”。该观点也已逐渐成为当前科学界的共识。

精准掌握新污染物的分布与浓度是实现有效治理与风险控制的基础。近年来，功能纳米材料的发展为快速检测技术的突破带来了新的契机。

北京工商大学 中国轻工业食品品质数智化动态感知重点实验室的魏庆、刘嫣和北京工商大学轻工科学与工程学院的刘慧琳*对同一健康背景下用于食物链中新污染物分析的常见纳米材料进行了分类，介绍了它们的主要特征和功能特性。随后，从新污染物分析应用的角度出发，分别概述了几种主要设计合成策略。同时根据纳米材料不同的功能角色回顾了其在几种典型新污染物分析领域中的最新进展，探讨了它们的重要作用。最后，对这一领域的挑战和未来发展方向提出了一些展望。

1 食品污染物分析中的纳米材料及其功能化设计策略

1.1 金属纳米粒子

金属纳米材料具有卓越的光学、催化和电磁特性，已被广泛用于多个学科，成为纳米材料领域的关键组成部分。其性质取决于其大小、形式、粒子距离和总电荷，因此通过调整这些变量可以显著改变可测量的信号强度。故在设计策略方面，金属纳米粒子多采用“自上而下”的原位合成方法，通过在合成过程中精确调控其形貌和表面结构，直接赋予材料所需的光学或电化学特性。该策略可实现功能单元的均匀分布和结构的稳定，为后续传感性能优化奠定基础。得益于这一基础，加之易于合成、良好的生物相容性以及高度表面功能化等优势，金属纳米粒子被广泛用于开发各类分析传感器。在食品分析领域常见的主要是贵金属纳米粒子，例如金、银、铜纳米粒子等。它们凭借易与目标物之间相互作用进而产生颜色变化或表面改性，以及其局域表面等离子体共振谱位于可见光区的特性，成为极具发展潜力的光学材料，可用于实现食品中灵敏、快速的原位光学检测。此外，其能够提供纳米级表面以实现快速的电子转移动力学，可满足电化学反应中快速电荷转移的需求，因此成为电化学传感器的理想候选者。这些光谱方法制备简单、成本低廉且效率极高。近年来积累的研究结果证明其在确保食品安全方面具有可靠的灵敏度。然而，稳定金属纳米颗粒表面胶体的静电斥力会受到液态食品样品中电荷的显著影响，金属胶体的pH值也会受到食品样品的影响，因此，提高这些胶体基质的重现性和稳定性至关重要。

1.2 碳纳米材料

碳纳米材料凭借其电子、磁性和光学性能、化学通用性和易操作性、生物相容性以及化学稳定性受到人们的广泛关注。尤其是它成本低、制备简单，此外独特的刚性和化学稳定性使得研究人员在开发传感器过程中对其十分青睐。与其他纳米材料不同，碳纳米材料在结构上表现出巨大的多样性，以同素异形体多种形式存在，按照维度可以分为零维（纳米颗粒）、一维（碳纳米管）、二维（石墨烯）、三维（石墨）等。碳纳米材料在食品分析中主要作为预处理的富集吸附材料或用作中间基质以结合其他纳米材料进而转导或增强传感信号。二维和三维的碳纳米管和石墨烯是最常见的传感器构建基质，这主要取决于它们大比表面积、良好的孔隙率和较高的电导率特性。尤其是最近兴起的氧化石墨烯因其亲水性和大比表面积成为功能化纳米材料组装的理想前体，能够增强复合材料电导率和机械性能，进而极大扩展了其应用前景。另一个引起广泛研究的是零维碳量子点纳米材料，又称碳点（CDs）。CDs可以食物、生物质、废弃物等作为碳源通过热解法、水热法、微波等简易合成，因其优异的荧光发光特性和高抗光漂白性而被广泛用于开发光学传感器，以进行生物、环境、食品等的快速检测。

在设计策略方面，碳纳米材料通常采用“自上而下”的原位合成或“自下而上”的合成方法，通过热解、水热或微波等途径由小分子或生物质碳源原位生成，并可通过异原子掺杂或表面官能团调控其光学、电学性能。该策略实现了碳纳米材料的结构可控性与功能多样性，为开发高灵敏度的新污染物检测平台提供了有力支撑。通过前驱体分子与反应条件（如溶剂热、热解或微波辅助法）的调节，可精确操纵CDs的尺寸分布，同时通过杂原子掺杂（N、S、P等）可调节其光致发光性能和与靶标物质响应能力。Zhang Jiaqi等提出了一种简单的方法，通过硝酸丙烯和硼酸之间的溶剂热反应制备硼掺杂碳纳米颗粒（BCNPs）以识别和追踪MP。这些BCNP对MP表现出疏水亲和力，并赋予塑料基质荧光发射性能。由于单个BCNP不产生荧光，BCNP可以在BCNP和MP组合条件下“开启”荧光模式下，从而用作MP跟踪探针。

1.3 有机多孔框架材料

近年来，多孔纳米材料因其比表面积大、孔隙率高、有序多孔结构、功能基团丰富、易于修饰等特点在污染物富集和快速传感领域获得了广泛研究。其中，最具代表性的是金属有机框架（MOF）、共价有机框架（COF），它们都属于晶体材料的范畴。MOF和COF的主要区别在于前者是金属配位的有机-无机杂化材料，通过金属离子和含有氧和氮原子的有机配体自组装，而后者则是依赖共价键形成的多孔结晶聚合物，由Yaghi教授首次提出。网状设计使得精确预测晶体骨架结构、调节化学成分、在骨架主链上引入各种功能成为可能，从而能够微调MOF和COF的性质。此外，氢键有机框架和多孔芳香骨架材料也逐渐受到人们的关注。研究人员可以根据不同的合成策略和不同的合成前体物质制备得到定制化的多孔框架材料，进而获得优异的富集和传感性能，极大地扩展了其在分析、检测领域的应用范围。

正是这种单体可调的特性，使“自下而上”的定制化设计策略成为多孔框架材料最常用且重要的合成途径。该策略强调从分子层级出发，通过有机构筑实现结构与功能的精准调控，通常包括3 个核心阶段：功能单体的合理设计、聚合或自组装过程的精细控制，以及目标纳米结构与性能的精准调节。与后修饰方法相比，自下而上的合成不仅构效关系明确、功能整合度高，而且能够赋予材料更高的结构稳定性。该策略尤其适用于构建有序多孔结构，在痕量新污染物的高效富集及复杂食品基质中的选择性识别和高灵敏检测方面展现出显著优势。功能性COF材料是该策略的典型体现，其多孔结构可通过分子设计实现“孔径工程”与功能位点的协同调控。通过引入特定官能团于有机单体中，在聚合过程中即可形成既具靶向识别能力、又具有稳定孔道结构的功能化COF。Qian Hailong等通过自下而上的合成策略，利用手性功能化单体首次实现了3 种不同手性COFs（CTpPa-1、CTpPa-2和CTpBD）的构筑，并进一步将其原位生长于毛细管内壁制备手性固定相色谱柱，用于对映异构体的高效分离。相比之下，MOF则依赖于金属离子或金属簇与有机配体的配位作用进行结构构建，具备高度可调的孔结构和表面活性位点。根据分析对象，通过自下而上选择具有特定识别能力的金属中心（如Zr4＋、Fe3＋）或功能配体，可赋予MOF对目标物的“定向配位识别”能力。例如，Zr-MOF中丰富的活性位点可与食品中痕量污染物形成稳定配位络合，从而实现对该类污染物的预浓缩和信号放大作用，满足便携式现场快速检测平台的构建需求。

另一种重要的多孔框架材料设计合成策略是合成后修饰（PSM）策略，该方法通过在材料初步合成后引入官能团或调控界面分子实现结构与功能的精细化设计，是提升靶向识别能力、界面兼容性及信号输出性能的关键手段。与自下而上策略相比，PSM方法具有操作灵活、适应性强、适合多样化场景应用等优势，特别适用于实现复杂食品样品中多种新污染物的精准识别与高效信号转导。其中，官能团接枝是最为常见的手段，通过点击化学、酰胺化、酯化或金属配位等手段，在材料表面引入官能团，如羧基、氨基、磺酸基、季铵盐、荧光团或金属探针，增强材料的选择性吸附能力和在复杂食品基质中的分散性与稳定性。例如，Yuan Xinyue等通过光触发的点击化学反应在COF上构建胍基官能团，其具有增强的相互作用位点，通过强氢键和静电吸引力快速捕获丙二醛，显著增强了传感信号。Shi Jingyi等将亚硫酸盐响应荧光探针通过酰胺共价键锚定到UiO-66-NH2表面，获得组装平台UiO-66-NH-DQA，该平台表现出增强的荧光强度和实用的细胞内成像性能。另一种是通过PSM策略构建界面识别结构。分子印迹聚合物（MIPs）因具有类抗体结构的“识别空腔”而在食品安全检测和特异性识别中广泛应用。然而，传统的MIPs存在印迹腔体负载不均匀、传质效率慢等问题。将MIP通过PSM策略与COF、MOF等多孔材料结合可以很好地进行互补，提高特异性和传质效率。本课题组开发的一系列MIP修饰纳米材料已用于食品中小分子危害物的快速光学传感检测。Chi Haiyuan等合成的Fe(II)-MOFs@MIP通过氢键、π-π相互作用以及尺寸排阻效应实现对邻苯二甲酸二丁酯的选择性吸附（169.25 μg/g），选择性系数（7.28）显著高于干扰物邻苯二甲酸二辛酯。PSM还可通过界面疏水/离子相互作用调控提升选择性识别能力。多环芳烃（PAHs）作为一类POPs，广泛存在于土壤、空气、水和食物中。尽管水中PAHs的含量极低，但由于其脂溶性和痕量的特点使得分析和提取面临挑战。Huo Shuhui等开发了一种持久的疏水性腙键共价有机框架（BTCH-PTA-COF）作为纤维涂层，实现了PAHs在固相微萃取（SPME）中的高效富集（富集因子为767～1 411）。而对水溶性药物、抗生素类污染物则引入带正电的胺类基团，通过静电作用促进目标分子富集。总体而言，PSM策略作为孔隙内部化学优化的重要工具，能够增强多孔框架材料的靶向结合与信号放大性能。其光学响应主要通过荧光增强或猝灭实现，机制涉及配体-金属电荷转移、分子内电荷转移和荧光共振能量转移等；电化学响应则源于引入导电单元或过渡金属中心后形成的电活性通路，目标结合可引起氧化还原电位和电流信号变化，从而实现高灵敏检测。

1.4 磁性纳米颗粒（MNPs）

在所有智能材料中，MNPs，尤其是超顺磁性纳米颗粒，因其独特的可控特性而备受关注。MNPs通常采用自下而上的化学共沉淀或热分解法合成，以获得粒径均一且具有超顺磁性的材料。其表面常通过聚合物或功能分子修饰，以提高分散性并赋予特定识别和结合能力，从而增强在新污染物检测中的适用性。这些纳米颗粒具有强烈的磁响应性，在外部磁场的作用下，可以迅速从复杂的样品基质中回收。当外部磁场移除后，超顺磁性颗粒的磁性会迅速消失，从而可以再次分散。这些特性使其能够轻松捕获和释放大量样品中的低浓度目标分析物。大多数MNPs还具有环保性，通常可以回收并多次使用，以避免污染。基于这些优良特性，催生了大量食品安全分析中分离吸附方法，其中以磁性固相萃取（MSPE）为代表。MSPE是一种最近开发的技术，用于从复杂基质中高效预浓缩化合物。常规MSPE方法包括3 个主要步骤：吸附、磁性分离和洗脱。这项技术因其高灵敏度、短操作时间、低成本和便携性等独特优势而广受欢迎。由于磁性吸附剂可以通过施加的磁场快速从基质中分离，因此无需额外的过滤或离心步骤，大大缩短了提取时间并降低了处理复杂度。此外，磁性材料可以使用永磁体收集并回收，这使得该方法相比使用一次性吸附剂或大量有毒溶剂的方法更加经济环保。

此外，MNPs还可以直接作为信号响应原件构建传感器以检测磁矩或弛豫信号进而实现快速检测。例如，Huang Lei等利用基于聚苯乙烯微球和磁性纳米粒子自组装的磁弛豫开关生物传感器放大弛豫信号的方法，检测食品包装材料和水样中的双酚A。同时，MNPs即使不作为信号元件也能实现传感器中的信号增强作用。Takemura等将由金纳米颗粒、MNPs和碳纳米管（CNT）组成的纳米复合材料与量子点结合，开发出一种用于双模式病毒检测的传感器平台。MNPs能够有效隔离病毒干扰，增强检测信号，同时利用其磁性特性从溶液中的夹心结构中分离分析物。碳纳米管能与其他纳米材料有效结合，同时增强电化学信号。

1.5 多材料协同

单一纳米材料尽管在选择性识别、富集或信号响应等方面各具优势，但面对复杂的食品基质、新污染物种类繁多、浓度极低等实际检测需求时，往往难以同时兼顾高选择性、高灵敏度与高通量等性能要求。因此，多种功能纳米材料的协同构筑与集成平台化设计是当前提升检测性能与实用性和技术迭代的核心策略。

多材料协同的核心在于功能互补与界面协同增强，常见组合包括核壳结构、多孔框架互嵌（如MOF@COF）、金属纳米颗粒复合（如CDs-金纳米粒子）以及磁性提取纳米系统等。以多孔框架互嵌的MOF@COF为例，MOF材料具有可调金属节点和高孔隙率，适用于金属离子或极性污染物的吸附；而COF材料因其有序共价框架与官能团修饰的灵活性，在非极性新污染物识别方面优势明显。两者协同构建的MOF@COF复合体系，结合了结构稳定性与识别多样性的双重优势。Jiang Hailong等开发了一种由MOF和COF组成的新型多孔复合材料（Fe3O4@TAPB-COF@ZIF-8），并应用于EDCs双酚的MSPE，通过与高效液相色谱相结合，建立了一种方便、灵敏的分析方法，用于检测4 种功能饮料中的双酚物质。磁性功能颗粒的引入和集成能够实现高效富集与回收功能。通过引入Fe3O4等磁性纳米粒子可实现快速提取与固液分离，从而提高整体检测效率。这些多功能材料系统的协同设计，使得材料在吸附能力、识别专一性与信号响应能力方面实现叠加提升，为应对食品新污染物的检测难题提供了更为高效的解决方案。

在材料协同的基础上，进一步向检测平台层面集成化发展，构建便携、快速、现场适用的传感系统正成为食品污染物检测领域的重要发展方向。微流控芯片可通过微通道引导样品与反应体系接触，减少试剂用量并提高检测速度。将功能纳米材料嵌入芯片微区，构建高通量反应模块，可实现多靶标并行检测。Karimian等开发了一种基于对映体判别性MOF的填充微流控芯片，通过对纳米椭圆形状金纳米粒子的形貌控制和表面钝化，将对映体选择性比色传感器集成到微流控聚二甲基硅氧烷 芯片上。该集成平台集微流控样品预处理、手性光学传感和通过智能手机进行现场信号识别于一体。金纳米粒子的表面等离子体共振能够实现理想的视觉比色信号，而MOF填充的微流体通道则具备固有的手性选择性，这种多材料集成和协同能够实现良好的富集和检测性能。随后与智能手机结合扩展到各种样品基质（包括牛血清白蛋白、牛奶、血浆和尿液样品）中的灵敏检测，实现了从材料到设备的扩展。纸基传感器以其成本低、可折叠、无需电源等特点，适用于野外和现场检测。纳米材料可通过滴涂、喷墨打印等方式负载于纸基通道上，实现颜色变化或荧光响应的可视化输出。Chen Hengye等开发了一种基于CdTe量子点和纳米Zn的新型纸基传感器，采用“开启-关闭”模式可视化检测3 种氨基甲酸酯类农药（异灭威、克百威和甲萘威）。基于提取的纸张RGB颜色值，采用偏最小二乘回归方法对不同食品基质（苹果、卷心菜和茶水）中的氨基甲酸酯类农药浓度进行准确定量分析。传感机制基于带负电荷的氨基甲酸酯类农药与带正电荷的纳米Zn发生静电相互作用，促使纳米Zn离开量子点表面，恢复量子点的荧光。此外，生物识别元件（如适配体、抗体）与纳米材料的界面协同也是很好的范例。通过将DNA适配体或单克隆抗体固定在MOF/COF材料表面，可显著提高目标新污染物的结合专一性与抗干扰能力。随着物联网与可穿戴传感技术的发展，部分功能材料已开始向智能设备集成拓展，进而能够实现可穿戴与智能化终端联动。平台集成化的关键还包括界面调控，如通过层层组装技术实现多材料有序堆叠、优化材料间的电子转移路径，以及构建信号放大结构（如共振能量转移、内滤效应等）以提升响应效率。同时，材料的生物相容性、抗污染能力、重复使用性能也是影响平台实用性的核心因素。

综上所述，功能化设计策略在新污染物检测平台的构建中作为连接不同纳米材料的纽带，通过灵活组合实现材料性能的协同提升。各类策略使不同纳米材料在结构、表面化学和界面相互作用上得以有效整合，从而构建出既满足特定检测需求又具备可扩展性的定制化体系。通过策略与材料的有机串联，可在复杂检测环境中实现更加精准、高效且面向实际应用的检测解决方案。

2 功能化纳米材料在食品中新污染物分析的应用进展

2.1 POPs

POPs是一种不易受环境降解影响的碳基化合物，被持续排放到环境中。由于生物降解性差，POPs会对动物和人类造成严重危害。POPs主要包括：1）农业生产中的杀虫剂和除草剂；2）工业化学品中的多氯联苯（PCB）、六氯环己烷、PFAS、溴化阻燃剂；3）PPCP，如诺氟沙星、卡马西平、双氯芬酸和布洛芬；4）有机染料等。鉴于POPs在食品中痕量存在、具有毒性，且从“同一健康”视角下来看具有暴露风险，研究人员正逐渐聚焦于食品中POPs的高效富集前处理和快速检测研究。

由于浓度低和基质干扰，使用高效液相色谱-质谱法和气相色谱-质谱法等标准分析仪器直接检测POPs具有挑战性。PCB因其具有很强的亲脂性，很容易在乳制品中积累，尽管它们通常含量很低，但却对人体健康构成严重威胁。Zhu Shiping等以双金属节点的MOF作为前体，通过热解合成缺陷多孔海胆状ZnO/NiO纳米材料并将其用于SPME涂层，进行牛奶中痕量PCB的非接触式提取和富集。涂层材料对PCB表现出快速吸附（20 min）和高富集效应（富集因子为5 714～9 906）的突出优势，主要依赖于介孔填充效应、独特的腔体结构、含氧基团以及阳离子-π和π-π堆叠相互作用的集成。食品中的PFAS主要来自于食品包装中的迁移和食品上游原材料的污染，由于其高度的持久性和毒性，近年来受到广泛关注。与PCB类似，PFAS的存在极为痕量，但仍具有很高的健康威胁。Gong Jing等采用多组分策略，将亲水性基团和含氟基团同时在COF中集成，进而用作SPE吸附剂同时吸附PCB、PFAS等POPs。大的比表面积、氢键作用、氟-氟相互作用为POPs提供了吸附位点和吸附驱动力，结合高效液相色谱-串联质谱和气相色谱-质谱方法，实现了中国沿海地区海鲜中痕量POPs的高效富集和精准检测。尽管这些材料能够对POPs实现很好的富集萃取，但它们仍然需要偶联例如质谱等大型设备从而完成检测，极大耗费时间和经济成本。Khan等构建了一种Ag NPs装饰的Ti3C2 MXene作为全氟辛烷磺酸的传感材料。除了大表面积和高导电性外，Ti3C2 MXene还具有氟功能基团，可能有利于与PFAS的亲氟相互作用，这种相互作用可以与Ag NPs协同作用，并最终提供多结合位点，进而在5 min内即可实现全氟辛烷磺酸10-15级别的电化学灵敏检测。类似地，Jrad等基于PFAS的静电吸附机制，设计了一个阳离子COF（TG-PD COF），用于从水中高效检测和去除全氟辛酸。通过简单的声化学方法合成TG-PD COF对全氟辛酸表现出显著的选择性和敏感性，检测限低至1.8 µg/L。值得注意的是，相较于传统的“预处理-检测分析”两步分析手段，该方案通过功能化纳米材料实现了新污染物的“富集-检测”一体化处理，不仅极大简化了分析步骤，还进一步提高了检测性能。这代表着未来新污染物分析技术的重要发展方向，标志着不依赖于大型仪器实现痕量新污染物的精准检测成为了可能。

2.2 MPs/纳米塑料

MP是一个没有普遍定义的塑料颗粒的术语。在文献中，MP通常被定义为尺寸小于5 mm的塑料颗粒。而纳米塑料是指尺寸小于1 μm的亚微米范围内的塑料颗粒。它们能够通过风化、氧化损伤和机械应力从塑料制品中释放到食品、饮料和环境中，进而导致MP/纳米塑料的暴露。尤其是作为食物生产、加工、储存等环节的必要基质，水环境的污染加剧了食品中MP/纳米塑料的传播暴露风险。目前MP的检测尚未建立国家标准，检测上仍存在较大的技术难度亟待突破，这主要是由于其体积小、多样性高、环境中的估计水平低等特点。国际上主流的方法主要基于显微镜、光谱分析、热裂解耦合气相色谱-质谱等。然而这些方法都存在不同程度的缺陷，包括定量困难、操作复杂、二次污染等问题，极大限制了食品中MP的快速分析。

最近出现的基于适宜纳米材料检测的传感设备，即使在纳米范围内也表现出敏感的特异性和易检测性，这有望推动MP检测技术向更易普及和更便携的发展。Wang Xue等提出了一种基于电活性铜中心金属有机骨架（Cu-MOF）薄膜与多壁碳纳米管（MWCNT）偶联的非标记电化学传感策略，用于快速评估纳米塑料的浓度。Cu-MOF薄膜对聚苯乙烯纳米塑料具有吸附功能，能够实现对水溶液中纳米塑料的快速识别，从而抑制电流响应。然而该策略仅针对单一类型的MP检测，Zhang Jiaqi等通过硝酸丙烯和硼酸之间的溶热反应制备硼掺杂碳纳米颗粒（BCNPs），基于它们的疏水亲和力识别和追踪MP，并赋予MP荧光特性。可以根据365 nm激发波长处的荧光发射颜色和强度区分聚丙烯（强黄色发射）、聚乙烯（弱黄色发射）、聚氯乙烯（强洋红色发射）和聚苯乙烯（弱粉红色发射）。该策略在土壤和水模型中验证了BCNPs对MPs的识别能力，并可以依赖ImageJ软件进行定量。Guselnikova等介绍了一个借助人工智能算法的策略，该策略无需预处理既可实现快速传感检测。其利用以自组装聚合物胶束为模板的大孔-介孔银（Ag）基底的物理化学特性，使用表面增强拉曼光谱同时分离和分析多个MPs。值得注意的是，为了监测含有多种MPs的复杂样本并分离众多重叠模式，Guselnikova等开发了一种名为SpecATNet的神经网络算法，该算法采用自注意力机制来解析表面增强拉曼光谱数据中复杂的依赖关系和模式，从而能够简易识别6 种常见的MPs（聚苯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、尼龙和聚对苯二甲酸乙二醇酯）。这种跨越式的进步离不开创新纳米材料和机器学习算法的高度结合，也代表了未来新污染物快速分析的重要发展方向，因为它可以轻易扩展到其他新污染物分析中，且相较于传统检测手段，不仅大大提高了对于MPs的识别效率，同时减少了诸如热裂解耦合气相色谱-质谱检测方法的二次污染和残留问题。

2.3 ARGs

抗生素凭借在细菌感染性疾病的治疗效果，应用范围逐渐由人类医学扩大到水产、畜牧业等领域。在许多领域，作业人员由于缺乏基本认识，导致抗生素滥用，进而引发细菌耐药性和食品中抗生素的残留，尤其是动物性食品。耐药细菌和ARGs在这一前提下随着水、空气、土壤等在“环境-人类-动物”中广泛传播。从“同一健康”视角出发，食品贯穿这一传播过程也是防控阻断的重要一环。具备灵敏度高、响应速度快、易于小型化、价格低廉等优点的生物传感器的出现极大推动了食品中抗生素及其ARGs快速分析技术的发展。抗体、适配体、MIP等分子识别元件可以与待测物特异性结合，是生物传感器选择性分析的关键。Wang Beibei等采用多材料协同策略构建了一种灵敏且无自发荧光的持续发光（PL）适配体传感器，用于选择性、灵敏和无自发荧光地测定食物样品中的卡那霉素。偶联到MNPs Fe3O4上的适配体（MNPs-apt）作为识别单元，纳米粒子ZnGa2O4：Cr（PLNPs）以适配体互补DNA（cDNA）作为PL信号进行功能化。组成的传感平台凭借PLNPs的持久发光以及MNPs-apt的分离和选择性捕获卡那霉素，在牛奶和蜂蜜样品检测中得到了良好应用。ARGs主要依赖于定量聚合酶链式反应和基因测序，对复杂读出设备的依赖阻碍了现场环境食品快速检测技术的发展。为了应对公共卫生问题，更快防范食品安全风险，需要开发现场的快速检测方法。Kasputis等开发了一种基于CRISPR-Cas12a的比色检测方法，用于从食品加工厂收集的洗涤水中检测ARGs。具体来说，DNA功能化的AuNPs与ssDNA交联剂交联，靶向诱导的Cas12a反式切割用于降解交联剂，从而改变AuNPs的光学特性，产生可视化的读数。该传感平台只需目测即可在水果清洗设备的洗涤水中检测到103个基因拷贝的ARGs。该研究使得研究人员不再依赖繁重、大量的定量聚合酶链式反应即可实现ARGs检测。同时，比色信号的便捷读取极大增强了现场风险识别能力，能够通过颜色变化不依赖任何大型仪器实现快速筛查。此外，除了特异性结合，纳米材料在信号放大、多靶标识别方面也发挥了重要作用，这主要是由于耐药性污染通常是痕量、多重的。

2.4 ARGs

EDCs是一个庞大的概念，主要包括增塑剂、个人护理药品、药剂等，涵盖的部分新污染物和前述部分有一定的重合。食品中的EDCs污染主要是食品加工过程中降解和产生或食品包装中迁移导致的。双酚类似物是食品中最受关注的EDCs之一，具有强效的内分泌干扰活性，却被广泛用于食品包装材料中。Jiang Haijuan等开发了一种以Fe3O4@4,4’,4”-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三苯胺（TAPT）-三(4-甲酰基苯基)胺（TFPA）-COF作为吸附剂分析双酚类似物的快速、灵敏的MSPE方法。凭借COF提供的大比表面积和Fe3O4的磁性相结合可以实现在水、牛奶、醋和酱油样品中简单快速地分离提取5 种双酚类似物。类似地，Gao Wei等开发了一种基于COF的SPME与恒流解吸电离质谱相结合的方法，用于快速检测多种水介质中的痕量四溴双酚A，具有较低的检测限（0.92 ng/L）和定量限（3.1 ng/L）。在实际应用中可在7 min内检测出自来水、河水、海水和饮料中ng/L水平的四溴双酚A。雌激素是EDCs在食品中污染的另一大类，由于可以加速动物的生长和繁殖，导致其在食品上游饲养过程中的滥用。17β-雌二醇（E2）是一种内源性雌激素，很容易通过食物链转移到人体，干扰内分泌系统。鉴于它们痕量存在且具有显著的影响，因此监控食品中的E2具有重要意义。Xia Yide等构建了一种双模式电化学竞争免疫传感器，用于基于差分脉冲伏安法和计时安培法双模式检测E2。研究人员首先将E2抗体（E2 antibody，E2-Ab）固定在Cd2＋/Au/聚多巴胺/Ti3C2复合修饰电极上。再将E2偶联的牛血清白蛋白用铜基金属有机骨架（Cu-MOF）标记，与E2竞争结合E2-Ab。Cu-MOF不仅具有电活性，而且对H2O2具有良好的电催化活性。因此，可以根据差分脉冲伏安曲线中Cu-MOF的峰电流变化或H2O2还原电流的变化从而定量E2，Cd2＋则作为差分脉冲伏安法定量内参。多种纳米材料的高度集成实现了多功能协同的E2双模式灵敏检测，检测限分别为0.47 pg/mL和5.4 pg/mL，并在牛奶、血清等样品中验证了实际应用潜力。相较于传统的单信号检测，这种双模式或多模式传感平台凭借其自验证、自校准等优势逐渐受到研究人员和市场的青睐，未来随着纳米材料发展将进一步推动新污染物分析领域的进步。

纳米材料在食品新污染物富集和传感中的应用汇总如表1和表2所示。

结 语

综上所述，功能化纳米材料依托其可调控孔径、高比表面积及多样化表面官能团，在食品中新污染物检测中展现出不可替代的作用。通过自下而上的结构设计、PSM功能化及材料协同集成，已逐步形成从靶标识别到信号转化的高效一体化体系。在应用层面，这类材料不仅实现了痕量污染物在复杂基质中的高效富集，还支持基于荧光、电化学、比色及拉曼等多机制的灵敏检测与可视化输出。当前，检测策略正经历由单一信号向双模式、多模式信号拓展转变的过程，传感器设计亦趋向多组分协同与功能互补，同时设备形态朝着便携化与易操作化发展，为快速现场检测提供了技术基础。

尽管如此，该领域仍存在若干瓶颈。新污染物的低浓度、多样性和复杂环境赋存对材料的识别灵敏度、特异性和稳定性提出更高要求；食品基质的复杂性进一步增加了干扰风险，限制了材料在真实样品检测中的表现；设备便携化和自动化程度有待提高，材料的绿色合成及环境友好性问题亦亟需解决。针对这些挑战，需要在材料构筑、信号机制和系统集成上持续创新。未来研究应面向污染物特征驱动的材料定向设计，开发具备高亲和位点、界面选择性及多通道响应能力的功能体系，以适应不同类别靶标及复杂基质环境。在此基础上，推动纳米材料与人工智能的深度结合，借助机器学习实现材料筛选与信号模式优化，加速高通量检测与智能化风险分析。与此同时，检测应用应从单一终端检测扩展至全过程监控，覆盖农业源头、加工环节及消费端，实现风险早期识别与动态管控。在这一框架中，功能化纳米材料不仅是检测工具，更是构建“环境-食品-健康”全链条监测与干预体系的关键支撑。

作者简介

通信作者

刘慧琳 教授

北京工商大学食品与健康学院

现任北京工商大学食品与健康学院副院长，博士生导师。新加坡国立大学理学院访问学者。入选国家优青、北京市高层次人才支持计划、北京市委组织部优秀人才。主要从事食品安全检测及控制方向研究，主持国家自然科学基金、国家重点研发计划青年科学家项目、北京市高层次创新创业支持计划等项目，以第一或通信作者发表SCI论文100余篇，其中包括ESI热点论文3 篇和高被引论文8 篇，论文总引用4 900余次，

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引文格式：

魏庆, 刘嫣, 刘慧琳. 功能化纳米材料推动食品中新污染物快速分析：从设计到应用[J]. 食品科学, 2025, 46(24): 53-64. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250618-136.

WEI Qing, LIU Yan, LIU Huilin. Functionalized nanomaterials promote rapid analysis of new contaminants in foods：from design to application[J]. Food Science, 2025, 46(24): 53-64. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250618-136.

实习编辑：刘芯；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

为汇聚全球智慧共探产业变革方向，搭建跨学科、跨国界的协同创新平台，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家市场监督管理总局技术创新中心（动物替代蛋白）、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，西南大学、 重庆市农业科学院、 重庆市农产品加工业技术创新联盟、重庆工商大学、重庆三峡学院、西华大学、成都大学、四川旅游学院、西昌学院、北京联合大学协办的“ 第三届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会 ”， 将于2026年4月25-26日 （4月24日全天报到） 在中国 重庆召开。

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