【论文综述】河南农业大学张燕燕,胡建东,等:表面增强拉曼光谱检测食源性霉菌毒素的研究进展

霉菌毒素是真菌或霉菌产生的有毒代谢物，可能通过受污染的谷类食品对人体和动物健康造成严重危害。开发对霉菌毒素快速准确的检测方法发展具有越来越重要的意义。基于表面增强拉曼光谱（SERS）的生物传感技术利用拉曼光谱和纳米技术的结合，为低水平的目标分析物提供独特的化学指纹，目前已经发展成为一种快速、灵敏检测各种食品污染物的强大分析技术，这使得食品安全工作者在非常低的浓度下检测目标霉菌毒素分析物成为可能。因此，对SERS技术在食源性霉菌毒素检测研究中的应用进行全面阐述，以帮助提高sers在未来现场农业食品应用中的潜力和可行性。

拉曼散射光谱广泛用于鉴别物质分子结构、确定物质分子组成等研究。但是，拉曼散射光非常弱，所以放大拉曼散射光谱信号就变成了提高拉曼光谱检测性能的主要手段。SERS是一种表面敏感技术，本质是通过贵金属纳米结构基底提供的电磁和化学增强来提高拉曼散射。SERS是利用金属表面等离子共振(SPR)或局域表面等离子共振(LSPR)效应，使其在不同频率激发光下产生不同共振频率，促使吸附在粗糙贵金属表面或附近的物质分子与光子加大能量交换，增大分子散射面积从而增大其拉曼光谱强度。SERS的增强机制包括电磁增强和化学增强。

在构建SERS霉菌毒素生物传感器过程中，使用与霉菌毒素分子具有特异性识别结合能力的识别单元分子化合物有助于提高SERS传感器的检测限和选择性。

近年来，横向流动免疫分析法(LFIA)作为最常用的医疗检测方法之一引起了广泛的关注，市售的LFIA试纸条结构简单、成本低、检测时间短、用户友好、可用于不同样品灵活分析。因此，将SERS技术与LFIA技术相结合，为现场多重真菌毒素的高灵敏度检测提供新的思路。该方法的主要优点是可以用肉眼完成定性测试，特别适合于现场和快速监测，对于在线监测有着重要的意义，在资源有限地区作为现场诊断工具具有巨大潜力。除了实现单一霉菌毒素的检测外，研究者还尝试在试纸检测区域设计多条检测线，通过颜色变化实现多种霉菌毒素检测。随着技术不断融合，横向流动试纸条上的同一条检测线上可以同时检测多种霉菌毒素。

利用SERS生物传感技术获取的直接光谱信息通常受到基线偏差、荧光、噪声、光谱重叠、复杂基质、相似结构的影响，这些影响通常难以用肉眼分辨出来，使得SERS技术用于霉菌毒素检测时更具挑战性。化学计量学和机器学习使用多元统计方法从高维数据中提取化学信息，可以帮助多组分含量测定、校正模型、多元分析、特征提取、模式识别、仪器信号处理等。由于可以观察样品光谱的微小差异或检测痕量污染物，其灵敏度和样品处理程序经常受到研究人员的广泛关注。与仅使用一种分析技术生成的模型相比，使用几种或不同技术(数据融合)集成大型数据集与机器学习相结合可以提供更健壮和准确的模型。

大量研究证明了SERS技术在检测各种食品和饲料中霉菌毒素具有巨大潜力，一些瓶颈问题也亟待解决。复杂的SERS基底操作要求高且昂贵，使其在霉菌毒素中的检测应用受到限制；大部分方法都没有达到开发或验证所需的水平，无法作为常规分析的筛选试验手段。为了改善目前SERS传感技术在霉菌毒素中研究的现状，建议在开发和验证SERS方法时在以下3个方面进一步研究和展望：