农产品质量安全纳米传感应用研究分析与展望

分类：论文范文 发表时间：2020-09-03 10:16

　　摘要: 纳米材料具有特殊的尺寸效应和优异的光电性质，已在传感分析中得到高度重视和广泛应用，大幅提高了传感分析技术的性能。近年来，智慧农业发展迅速，农产品质量安全作为农业生产的重要组成部分，对农业传感技术的灵敏度、稳定性和检测通量等指标要求越来越高。本综述简要阐述了几种常用的纳米材料的性质和特点，包括碳基纳米材料、金属纳米材料和金属-有机框架材料等。重点论述了基于纳米材料的化学传感、生物传感、电化学传感和光谱传感等常用传感分析技术和器件，以及纳米传感分析技术在农产品质量安全，尤其在克伦特罗和三聚氰胺等危害物,甲硝唑、二噁英类化合物,违禁添加物,真菌毒素，锌、镉、铅等目标物，丙烯酰胺、呋喃类、硝基呋喃类抗生素监测等方面的应用。纳米材料的制备和修饰技术扔需要进一步提升，多目标、高通量纳米传感器件在实际应用中的价值广受关注，在线传感分析在农产品质量安全智慧监控方面有迫切需求需要快速、实时、在线监测。

　　关键词: 纳米材料；智慧农业；农产品质量安全；纳米传感器

　　1 引 言

　　智慧农业是农业发展从数字化到网络化再到智能化的高级阶段，对农业具有里程碑意义,已成为世界现代农业发展趋势,也成为发展中国家消除贫困的重要途径。传感技术在智慧农业中扮演了重要角色，是智慧农业的核心与关键。未来国际农业传感技术的突破和颠覆主要集中在动植物生命信息捕获、种养殖加工储运环境信息传感和农产品质量安全传感等几个方面[1]。

　　2 纳米材料及其性质

　　纳米材料主要包括纳米尺寸材料和纳米结构材料，具体是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸（0.1~100 nm）或由它们作为基本单元构成的材料。由于纳米材料的尺寸、表面和宏观量子隧道等效应，使其具有特殊的光、电、磁等理化性质，在组装传感器件方面具有特定优势。目前，在纳米传感中常用的纳米材料包括碳基纳米材料（Carbon-based Nanomaterials,CNMs）、金属纳米材料和金属-有机框架材料（Metal-Organic Frameworks，MOFs）等。

　　3 农产品质量安全纳米传感及应用

　　3.1　化学传感

　　化学传感器件是对各种化学物质敏感并将其浓度转换为电信号的器件，并进行检测。具有响应速度快、灵敏度高等特点，在环境监测、食品安全和医疗诊断[9]等领域广泛应用。纳米材料被集成到传感系统中，具有更高的灵敏度、更短的检测时间和更好的分析通量。如Liao等[10]研发了一种用于压力/温度/紫外检测的高伸缩性ZnO纤维多功能纳米传感器，可以同时实现多指标的传感分析。Feng等[11]采用静电纺丝工艺制备的非晶碳/还原氧化石墨烯（rGO）包裹的Co3O4纳米纤维，能够对NH3进行选择性传感监测，有良好的灵敏度和快速响应（约20 s，50 mg/L）能力，并具有长达4年的长期稳定性。

　　3.2　生物传感

　　生物传感通常应用生物识别单元如抗体、适配体等进行组装传感器件，纳米材料在生物传感中主要起信号标记和增强作用。目前，生物传感器件已广泛应用于农产品质量安全中违禁添加物、真菌毒素等的监测。AuNPs常用于标记抗体来制作胶体金试纸条，在抗生素、β-受体激动剂和黄曲霉毒素等的快速筛查和监测中广泛应用[26]。如Wu等[27]应用AuNPs结合金刚烷胺抗体建立了一种灵敏的胶体金免疫层析方法，用于快速半定量检测鸡肌肉中金刚烷胺，检测时间为12 min，检测限为1.80 ng/mL。Song等[28]应用AuNPs和单克隆抗体建立一种高灵敏度、特异性的牛奶中常山酮（HFG）快速传感分析方法，对牛奶中常山酮的检出限为100 ng/mL，整个检测过程可在5 min内完成。

　　4 存在的问题与展望

　　目前，纳米传感在农产品质量安全监测领域广泛应用并具有良好的前景。纳米材料是纳米传感的基础，也是实现纳米传感的灵敏度、稳定性和可靠性等分析性能的关键。尽管纳米传感发展迅速，但仍有一些瓶颈问题需要解决。

　　首先，纳米材料的制备和修饰技术需要进一步提升，以获得性能更优和更加稳定的功能性纳米材料。如贵金属纳米材料形貌与其LSPR性质有密切的关联性，如何精确控制纳米材料形貌，获得具有理想LSPR性能的贵金属纳米材料，需要进一步解决。近年来，MOFs材料的特殊性质和优异性能越来越受关注，但MOFs材料的稳定性和可控多级孔的获得仍是困扰其应用的难题。

　　参考文献：

　　[1] FRACETO L F, GRILLO R, DE MEDEIROS G A, et al. Nanotechnology in agriculture: Which innovation potential does it have?[J]. Front. Environ. Sci., 2016, 4: ID 20.

　　[2] WANG P, LIN Z, SU X, et al. Application of Au based nanomaterials in analytical science[J]. Nano Today, 2017, 12: 64-97.

　　[3] KWAK S Y, WONG M H, LEW T T S, et al. Nanosensor technology applied to living plant systems[J]. Annual Review of Analytical Chemistry, 2017, 10(1): 113-140.

　　作者王培龙 1, 唐智勇 2*

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