真菌毒素检测现状：传统方法的瓶颈与光学技术的崛起

全球已发现 500 余种真菌毒素，其中黄曲霉毒素（AFs）、赭曲霉毒素 A（OTA）、伏马毒素（FBs）等因高毒性和广泛存在性备受关注。这些毒素可导致免疫抑制、癌症、内分泌紊乱等健康危害，仅 2022 年相关污染就造成全球农业显著经济损失。传统检测依赖高效液相色谱等实验室方法，虽精度高但需专业设备与人员，无法满足现场快速筛查需求。

光学传感技术凭借检测速度快、操作简便、灵敏度高的特点脱颖而出。其涵盖化学发光、比色、荧光、磷光、电化学发光等多种类型，可通过颜色变化或发光信号直接观察检测结果，尤其适合现场应用。例如 2010 年开发的比色荧光试纸条实现了 OTA 的可视化检测，2014 年的化学发光侧向流免疫分析（CL-LFIA）可同步检测玉米粉中的 AFB1 和 FBs。

图 1.（A） 霉菌毒素光学传感领域的年度出版物和引文。（B） 检测霉菌毒素的视觉光学传感策略的初步报告（Bazin et al.， 2010;Khoshfetrat等人，2018 年;LB Wang 等人，2011 年;Zangheri et al.， 2015;W. G. Zhang et al.， 2017）。（C） 利用 Web of Science 核心合集进行文献计量网络分析，以确定过去十年中与视觉光学霉菌毒素检测相关的 451 篇参考文献。该分析采用颜色编码系统将术语分为四个不同的集群之一。

表 1 各种类型的视觉光学传感器摘要

光学传感器的核心技术架构与创新突破

（一）基于发光机制的传感器分类与进展

化学发光传感器：无需外部光源，检测范围广，常与免疫分析结合。Zong 等人构建的超灵敏化学发光免疫传感器通过 HRP@AuNP-IgG 复合物与酪胺信号放大（TSA）技术，实现亚皮摩尔级检测限，线性范围跨越四个数量级。田团队开发的 DNA 树状大分子包裹锰卟啉（Mn-DD）作为通用标记，为多种真菌毒素的化学发光免疫分析提供了便捷方案。

比色传感器：通过溶液颜色变化定量分析，分为化学反应型与物理反应型。Ren 团队利用 3 - 氨丙基三甲氧基硅烷 - 戊二醛（APTMS-GA）作为显色基质，结合 Au-N-TiO₂纳米颗粒实现 OTA 的 POCT 检测；Zhu 等人制备的 Co (OH)₂纳米笼作为氧化酶模拟物，实现了 OTA 的简便灵敏检测。

荧光传感器：基于荧光共振能量转移（FRET）等机制，Du 等人设计的 N/S 共掺杂碳点 FRET 比率荧光适配体传感器，结合熵驱动 DNA 放大器，实现 OTA 的高灵敏检测。Bi 团队开发的比率荧光适配体传感器利用 CdTe 量子点与 WS₂纳米管的光诱导电子转移，实现谷物中玉米赤霉烯酮的精准识别。

磷光传感器：利用室温磷光（RTP）特性，Zhang 等人制备的分子印迹聚合物修饰锰掺杂硫化锌磷光纳米传感器，对苹果汁中棒曲霉素（PAT）具有高吸附容量和选择性。

电化学发光传感器：结合电化学与化学发光，Chen 团队开发的智能手机成像电化学发光测试条，实现玉米中 AFB1 的双信号可视化监测，检测限达 12 pg/mL。

图 2.（A） 一种新型化学发光免疫传感器阵列与双信号扩增策略相结合，用于快速和超灵敏地检测多种霉菌毒素（Zong等人，2021 年）。（B） 锰卟啉在 DNA 树状聚体中的包埋可作为检测一系列霉菌毒素的多功能化学发光标签（Q. S. Tian et al.， 2025）。（C） 一种基于 ito 的策略，用于构建用于检测赭曲霉毒素 A 的即时比色免疫传感器（任 et al.， 2018）。（D） 通过氧化铜纳米管制备氢氧化钴 Co（OH） 2 纳米笼和比色法的构建（HS Zhu、Quan 等人，2020 年）。（E） Fe-N-C SAzymes 和 Fe-Co MNPs 的合成和修饰，以及 CRISPR-SAzymes 传感器的反应原理 （M. L. Liu， Li， et al.， 2024）。（F） 熵驱动的 DNA 放大器集成基于碳点的比率式 f 发光适体传感方法的示意图，用于检测赭曲霉毒素 A（Du等人，2023 年）。（G） 一种比率荧光传感方法，用于精确鉴定谷物作物中的玉米赤霉烯酮，利用 CdTe 量子点和 WS 2 纳米管之间的光诱导电子转移机制（Bi等人，2022 年）。（H） 用于棒曲霉素磷光传感 （PAT） 的分子印迹聚合物量子点 （MIP-QD） 合成示意图（W. G. ZHANG ET AL.， 2017）。（I） 用于磷光检测鱼饲料中 AFLA 毒素的分子印迹聚合物-聚乙二醇-Mn 掺杂 ZnS 量子点 （QD） 的制备过程（Jayasinghe等人，2020 年）。（J） 所提出的双信号 ECL 试纸的制造和检测机制示意图 （M. M. Chen et al.， 2025）。（K） 基于聚乙烯亚胺涂层二氧化硅纳米材料的 ECL 免疫传感平台，用于鉴定食品基质中的黄曲霉毒素 B1 （AFB1）（Y. Wang et al.， 2018）

（二）传感器构建的关键功能材料

荧光素与量子点：FAM、Cy3 等荧光素通过 FRET 机制用于毒素检测，Liu 等人利用 Cy3 作为能量供体，实现 OTA 的超灵敏检测。量子点（QDs）如 CdSe/ZnS 具有高荧光效率和光稳定性，Jia 等人开发的量子点纳米珠增强侧向流免疫传感器，实现莲子中 AFB1 的现场分析。

贵金属纳米材料：金纳米颗粒（AuNPs）通过表面等离子体共振效应用于比色检测，Zhang 团队设计的传感器利用 T-2 毒素抑制 AuNPs 聚集，实现小麦和玉米中 T-2 毒素的高特异性检测。

共价有机框架（COFs）与金属有机框架（MOFs）：Yu 等人开发的铽（III）功能化 COF（Dpy-NhBt-COF@Tb³⁺），通过能量转移实现 OTA 的选择性荧光增强检测。Sun 等人构建的 MOF 封装 [Ru (bpy)₃]²⁺电纺纳米纤维传感器，实现 AFB1 的比率荧光检测。

上转换纳米颗粒（UCNPs）：可将低能光子转换为高能发光，Lin 等人整合 UCNPs 与金纳米 urchins，构建发光与表面增强拉曼散射双模式适配体传感器，用于 OTA 检测。

图 3.（A） 使用 Nb 2 C@ssDNA 的黄曲霉毒素 B1 （AFB1） 检测机制示意图（Kong等人，2023 年）。（B） 磁性荧光珠 （MFB） 的合成和功能化 （L. Guo et al.， 2019）。（C） 黄色发射 CD 合成和纯化示意图（Mandal & Das，2020 年）。（D） 在检测 T-2 毒素时，根据传感器的颜色变化调整设计（W. W. Zhang等人，2021 年）。（E） 描述比率荧光免疫测定的双信号响应机制的插图（Zhao et al.， 2024）。（F） Dpy-NhBt-COF@Tb 3的合成涉及将Tb 3离子锚定到二维亚胺共价有机框架上，并将其在赭曲霉毒素A （OTA） 的超灵敏检测中的应用（Y. X. Yu & Li， 2022）。（G） 用于 OTA 检测的双模式即时检测 （POCT） 平台示意图（Y. L. Li， Wang， et al.， 2025）。（H） 通过单颗粒检测 （SPD） 方法检测 AFB1 适体传感器的示意图（Lin等人，2021 年）。（I） 用于黄曲霉毒素 B1 检测的基于酸碱指示剂的比色 ELISA 示意图（Xiong等人，2017 年）。（J） 已经开发了一种使用含铁原子模拟酶超灵敏检测黄曲霉毒素 B1 （AFB1） 的方法 （Q. Guo et al.， 2024）。（K） 一种利用磁性印迹固相萃取结合比色测定法鉴定花生油中黄曲霉毒素的方法（PC Chen、Xu 等人，2024 年）。

可视化平台演进：从实验室到现场的跨越

（一）传统可视化平台

试纸条平台：基于侧向流免疫分析（LFIA），Chen 等人开发的 GNPs-LFTS 试纸条通过优化基质效应，实现茶水中 AFB1 的原位检测。Wu 等人利用四种彩色 AuNPs 功能化抗体，开发出可同时检测 FB1、ZEN、OTA 和 AFB1 的多重免疫层析试纸条。

水凝胶平台：Liu 等人设计的 DNA - 聚丙烯酰胺复合水凝胶，通过 OTA 结合引发的结构变化释放 HRP，催化反应导致 AuNRs 蚀刻，实现 OTA 的定量检测。

（二）现代信息技术融合平台

微流控平台：Xiang 等人开发的聚二甲基硅氧烷重力驱动循环微流控芯片，采用双信号模式策略，提高 AFB1 检测的准确性和稳定性。Zhang 等人的双模式电化学 / 比色微流控传感器，利用适配体识别和 Au/Ni-Co LDH 纳米酶信号放大，实现 AFB1 的超灵敏检测。

智能手机平台：Zhou 等人合成的供体 - 受体 COF 不锈钢网，结合智能手机 “Color Picker” 应用，实现 AFB1 的 0.045 μg/L 检测限。Shen 等人开发的基于核壳 UCNPs 的免疫层析系统，通过 JavaScript 智能平台实现多种真菌毒素的定量分析。

实际应用场景与典型案例

（一）黄曲霉毒素家族检测

Huang 等人开发的双模式微流控芯片整合电化学发光与比色传感，通过适配体门控 UiO-66-NH₂ MOF，实现 AFB1 的 7.8 fg/mL 超灵敏检测。Lai 等人利用 APCB 作为高效爆发探针，开发的三重信号增强免疫层析分析，将 AFM1 检测限降至 0.9 pg/mL，灵敏度较传统方法提升 53.4 倍。

（二）赭曲霉毒素与其他毒素检测

Chen 等人合成的橙色聚集诱导发射纳米颗粒（AIENPs），解决了传统荧光材料的聚集淬灭问题，用于玉米中 OTA 的免疫层析检测。Wu 团队开发的双酶活性钒纳米球介导的比率多色免疫传感器，实现 T-2 毒素的灵敏检测。Zhang 等人设计的荧光传感器利用半胱胺触发 “开启” 机制，实现伏马毒素 B1、B2 和 B3 的总检测。

未来展望：技术挑战与创新方向

当前磷光传感器受氧气和温度影响稳定性不足，主要应用于低溶解氧液体环境，开发更稳定的磷光探针成为关键。COFs 在光学传感中的应用多依赖自发光配体修饰，合成更多自发光 COFs 用于实际检测值得探索。此外，物联网与云平台的深度融合，将推动可视化光学传感实现检测数据与实际生产的互联互通，为食品安全监控提供更智能的解决方案。

光学传感器可视化技术的发展，正推动真菌毒素检测从实验室走向田间地头，从单一检测走向多重分析，从定性筛查走向精准定量。随着材料科学与信息技术的交叉创新，这一领域将为全球食品安全防线提供更坚实的技术支撑。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.tifs.2025.105003