东北农业大学张现龙&姜毓君团队‖【Trends Food Sci. Technol.】MXene纳米材料生物传感技术与便携式检测装置:食品危害因子检测的新前沿
- 2026-06-25 07:04:48
少一点试错
多一点突破
介绍 /Introduction
研究图文/Introduction
Figure 1. MXene基比色、荧光和电化学生物传感器的构建示意图。（A）基于CRISPR/Cas12a触发MXene-探针DNA-Ag/Pt纳米杂化物类过氧化物酶催化活性调控的比色DNA传感平台；（B）基于N-Ti₃C₂ MQDs的比率荧光策略用于AA和ACP检测；（C）电化学生物传感器检测金黄色葡萄球菌肠毒素B的原理。这些代表性案例展示了MXene如何通过信号放大和特异性识别实现高灵敏检测。
结论 /Conclusion
本综述全面总结了MXene纳米材料基生物传感技术及便携式分析装置在食品危害因子检测领域的最新进展。MXene以其独特的二维结构、优异的导电性、丰富的表面官能团和良好的生物相容性，已成为构建高性能生物传感器的理想平台。通过表面功能化和化学修饰（如杂原子掺杂、层间工程和复合结构调控），MXene的性能可进一步优化，以满足不同检测场景的需求。
在传感模式方面，MXene已成功应用于比色、荧光、电化学、电化学发光、光电化学、表面增强拉曼散射及双模式等多种生物传感平台。每种模式各有优势：比色法可实现肉眼可视化检测，荧光法灵敏度高且适于多重检测，电化学法响应快且成本低，ECL和PEC具有极低的背景干扰，SERS可提供分子指纹信息，双模式则通过信号交叉验证显著提高准确性。这些传感策略为食品中不同种类危害因子的检测提供了丰富的工具箱。
在便携化方面，MXene基生物传感器已与侧流层析试纸条、微流控芯片（PDMS、PMMA和纸基）、纸基芯片和水凝胶传感器等便携式装置成功集成。这些装置具有体积小、重量轻、操作简单、无需外接动力源等优点，使得非专业人员也可在资源有限的环境下完成现场检测。特别是在纸基微流控和侧流层析领域，MXene的引入显著提高了检测灵敏度和信号读出方式。
在应用层面，MXene基生物传感器已实现对食源性致病菌（如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、副溶血性弧菌等）、真菌毒素（黄曲霉毒素B₁、赭曲霉毒素A、玉米赤霉烯酮等）、重金属离子（Hg²⁺、Pb²⁺等）、抗生素（氯霉素、恩诺沙星等）和农药残留（有机磷类）的高灵敏检测，检出限可达飞摩尔至皮摩尔级别，线性范围宽达数个数量级，并在实际样品（牛奶、蜂蜜、果汁、水产品、果蔬等）中验证了良好的准确性和可靠性。
尽管取得了显著进展，MXene基生物传感技术仍面临诸多挑战：MXene的合成主要依赖HF刻蚀MAX相，存在安全隐患和环境问题；MXene在含水环境中易氧化，长期储存稳定性差；复杂食品基质中的蛋白质、脂质等易非特异性吸附到MXene表面，导致信号干扰和假阳性；多靶标同时检测时，不同识别元件间可能存在空间位阻和交叉反应；便携式装置缺乏集成化样品前处理功能，信号校准和抗环境干扰能力不足。
未来研究方向可从以下几方面突破：发展无氟/低氟刻蚀或自下而上的绿色合成策略，实现MXene的可控制备和大规模生产；通过表面钝化、包覆或复合结构设计提高MXene的抗氧化和储存稳定性；开发具有抗污界面和智能分离层的多模式集成传感平台，抑制复杂基质干扰；构建梯度模量过渡层增强柔性器件机械稳定性，并结合人工智能算法实现实时信号补偿和自动识别；拓展MXene在智能包装、冷链物流自供电传感器、生物医学工程及神经接口等新兴领域的应用。
总之，MXene基生物传感技术为食品危害因子的高灵敏、快速、现场检测提供了强有力的技术支撑。随着材料科学、纳米技术和人工智能的深度融合，该类传感器有望从实验室走向实际应用，成为保障食品安全的重要工具。
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