近红外荧光探针在食品安全检测中的应用进展

Recent application of near-infrared fluorescence probes in food safety detection

Lei Li, Zhongrui Peng, Yun Zeng, and Gang Liu

Journal of Innovative Optical Health Sciences Vol. 18, No. 03, 2530003 (2025)

https://doi.org/10.1142/S1793545825300034

在生物医学光子学领域，荧光探针因其操作简便、灵敏度高、成本低廉等优势，在食品安全检测中展现出巨大的应用潜力。近年来，近红外荧光探针（NIFPs）凭借其独特的光学性质，如深层组织穿透能力、高信噪比和低光毒性，逐渐成为食品安全检测领域的研究前沿与热点。厦门大学刘刚教授团队综述了近红外荧光探针在食品安全检测中的最新应用进展，重点介绍了其在检测重金属、亚硫酸盐和过氧化氢等有害物质中的应用，并探讨了该领域面临的挑战和未来发展方向。

导语

食品安全是全球性的公共健康问题，直接关系到人类健康和社会稳定。随着工业化进程的加速和环境污染的加剧，食品中的有害物质残留问题日益突出，如重金属污染、亚硫酸盐超标和过氧化氢残留等。传统的检测方法，如高效液相色谱（HPLC）和气相色谱（GC），虽然具有较高的灵敏度和选择性，但操作复杂、耗时且成本高昂。相比之下，近红外荧光探针技术以其快速、便捷和高灵敏度的特点，为食品安全检测提供了一种新的解决方案。

正文

1. 近红外荧光探针的类型与特性

近红外荧光探针（NIFPs）根据其化学结构和光学特性，主要分为以下几类：近红外荧光染料、稀土金属配合物、量子点和单壁碳纳米管等。

图2. 近红外荧光探针（NIFPs）类别的示意图。凭借其灵敏度高、操作便捷以及检测限低的优势，NIFPs被认为是用于精准分析农业和食品相关有害物质的极具潜力的工具。

1.1 近红外荧光染料

近红外荧光染料，如氰基染料和罗丹明类染料，因其优异的光学性能和生物相容性，被广泛应用于生物成像和食品安全检测。例如，FD-1080染料在1046 nm处具有吸收峰，在1080 nm处具有发射峰，量子产率（QY）为5.94%，已被用于检测食品中的汞离子。此外，BODIPY染料因其高稳定性和低光毒性，也被开发用于检测食品中的重金属离子。

1.2 稀土金属配合物

稀土金属配合物，如掺杂镧系元素（如Eu³⁺、Tb³⁺）的纳米颗粒，因其独特的光学特性，如大斯托克斯位移和尖锐的发射光谱，被广泛应用于生物成像和食品安全检测。例如，Yb₂O₃纳米颗粒因其良好的NIR发射特性，被用于检测食品中的重金属离子。

1.3 量子点

量子点（QDs）是一类具有尺寸可调荧光特性的半导体纳米晶体，因其在NIR区域的优异光学性能，被广泛应用于食品安全检测。例如，CdTe量子点因其高稳定性和低光漂白性，被用于检测食品中的组胺。

1.4 单壁碳纳米管

单壁碳纳米管（SWCNTs）因其优异的光学性能和高稳定性，被广泛应用于食品安全检测。例如，SWCNTs已被用于检测茶叶中的农药残留。

2. 近红外荧光探针在食品安全检测中的应用情况

2.1 重金属检测

重金属污染是食品安全领域的重大问题之一。近年来，多种NIFPs被开发用于检测食品中的重金属离子。例如，Wu等人设计了一种名为RBLY的NIR探针，用于检测食品中的汞离子（Hg²⁺），其检测限低至0.34 µM。此外，Liu等人合成了一种新型Schiff碱衍生物HMA，用于检测食品中的铝离子（Al³⁺）和铬离子（Cr³⁺），其检测限分别为3.26×10⁻⁷ M和5.63×10⁻⁷ M。

2.2 亚硫酸盐检测

亚硫酸盐及其衍生物广泛用于食品加工行业，但过量使用会对人体健康造成危害。近年来，多种NIR荧光探针被开发用于检测食品中的亚硫酸盐。例如，Jiang等人开发了一种高性能NIR荧光探针DCQN，用于检测食品中的亚硫酸氢根离子（HSO₃⁻），其检测限低至24 nM。此外，Chao等人合成了一种NIR荧光探针NIR-BN，用于检测食品中的亚硫酸根离子（SO₃²⁻），其检测限低至0.17 mM。

2.3 过氧化氢检测

过氧化氢在食品加工中被广泛用作消毒剂，但残留的过氧化氢可能对人体健康造成危害。近年来，多种NIR荧光探针被开发用于检测食品中的过氧化氢。例如，Tian等人开发了一种NIR荧光探针TC-BOR，用于检测食品中的过氧化氢，其检测限低至2.27 µmol/L。此外，Chen等人构建了一种基于ESIPT的NIR荧光探针HBQ-B，用于检测食品中的过氧化氢，其检测限低至40.2 nM。

结语

近红外荧光探针技术在食品安全检测领域展现出巨大的应用潜力。尽管如此，该技术仍面临一些挑战，如食品样本背景信号的干扰、探针的生物相容性和成本问题。未来的研究需要进一步优化探针的设计和合成，提高其检测灵敏度和选择性，以满足食品安全检测的实际需求。

通讯作者简介

刘刚，厦门大学公共卫生学院教授，围绕分子医学精准诊疗的关键科学和技术问题，聚焦分子影像探针功能设计的系统研究。

更多详情见https://mitm.xmu.edu.cn/index.htm