华南理工大学孙大文院士在国际食品顶级期刊发表综述：以温度为指示的食品危害物光热检测：原理、传感器开发和应用
近日，华南理工大学孙大文院士课题组在食品领域国际顶级期刊Trends in Food Science & Technology (IF=15.3)在线发表题为“Photothermal detection of food hazards using temperature as an indicator: Principles, sensor developments and applications”的综述，系统地阐述了用于食品安全领域光热定量检测的材料及相关传感器的应用原理及研究进展，华南理工大学孙大文院士为本文唯一通讯作者。
光热传感因其高分辨率和空间可控性，在疾病治疗和诊断、环境监测等光学成像应用领域备受关注。它有效克服了传统传感器易受干扰、成本高、不便携带、对操作程序依赖性强等缺点。实践证明，基于光热转换的光响应温度变化传感器打破了传统传感器的局限性，成为一种替代策略，可用于更多潜在应用领域，尤其是食品中有害物质的检测。
各种掺杂和改性光热材料已被证明可通过不同的温度信号调制机制以及依靠非特异性、分子生物学和免疫学反应对食品危害进行定量检测。本综述归纳了光热材料的温度产生原理和相应的代表性材料，讨论了传感器中温度信号的调制和快速检测的响应依赖性原理；介绍了光热传感器在食品危害检测中的实际应用，并对面临的挑战进行了展望。
附图：
图1. 光热纳米材料的分类、原理（发热和检测）以及在食品危害物检测领域的应用概览。
图2. 三种光热效应机制对应的光吸收范围。(A) 局部表面等离子体共振；(B) 非辐射弛豫；(C) 分子热振动。
图3. 通过生成和刻蚀实现温度调节的光热传感器。(A) 用于灵敏检测ALP的快速便携式光热生物传感器；(B) 用于有机磷农药的光热和荧光双模测定的基于多巴胺纳米粒子的传感器；(C) 基于原位生成PB NPs的铁离子光热比色双模传感器；(D) 基于BP-金纳米混合物光热效应的DES免疫传感器；(E) 基于Au NRs的定量葡萄糖光热生物传感器；(G) 用于检测H2S的Au@Ag纳米立方便携式光热传感器；(H) 基于掺银PB NPs的鱼虾新鲜度比色光热双模检测传感器。
图4. 通过聚集和分散、标记和识别实现温度调节的光热传感器。(A) 基于Au NPs光热效应的p53 DNA序列生物传感器；(B) 基于温度计读数的多菌灵便携式定量传感器；(C) 基于铜离子抑制半胱氨酸诱导的Au NPs聚集的癌胚抗原光热免疫传感；(D) 基于金纳米粒子聚集诱导的酶反应调制的光热比色双模式胰蛋白酶传感器；(E) 基于光热纳米标签嵌入免疫层析技术的NFZ生物传感器；(F) 基于BP-Au纳米复合材料横向流动免疫分析的E2传感器；(G) 基于脂质体中负载的Cu2-xSe纳米晶体的AFB1光热免疫传感器。
图5. 依靠非特异性识别和分子生物学反应的光热传感器。(A) 基于TMB光热效应Ag+双模传感器；(B) 基于OxTMB的酶级联反应光热传感器，用于检测葡萄糖；(C) 基于OxTMB的便携式葡萄糖光热传感器；(D) 基于CuS HNCs过氧化物酶活性的双模传感器，用于定量检测TA；(E) 基于适体诱导的CHA扩增策略和磁性Fe3O4@AuNRs的金黄色葡萄球菌灵敏传感器；(F) 基于纳米酶功能化花状DNA结构的色度和光热双模生物传感平台，用于检测肿瘤外泌体；(G) 基于CuxS纳米晶体的光热免疫传感器用于检测前列腺特异性抗原；(H) 基于CRISPR/Cas12a的便携式光热传感平台用于检测柑橘相关Alternaria基因。
图6. 依靠免疫反应的光热传感器。(A) 基于MoS2@Au纳米复合材料的光热效应和过氧化物酶样活性的伤寒沙门氏菌多模式光热传感器；(B) 基于MnO2-Au 纳米材料的FZD比色光热双模免疫传感器；(C) 基于BP-铂二维纳米材料的用于检测ENR的非酶光热免疫传感器；(D) 基于纳米体的比色光热双模免疫色谱试纸条检测鼠伤寒沙门氏菌。
参考文献：https://doi.org/10.1016/j.tifs.2024.104393
