水凝膠在食品安全傳感中的最新應用

　　2022年10月9日，南京財經(jīng)大學食品科學與工程學院湯曉智湯曉智教授課題組與河北食品檢驗研究院張巖研究員聯(lián)合在食品國際頂尖學術刊物《Trends in Food Science & Technology》（Q1，IF=16.002）發(fā)表題為 “Recent applications of hydrogels in food safety sensing: Role of hydrogels” 的綜述論文。該論文以南京財經(jīng)大學為第一單位，程瑋瑋博士為第一作者。該項研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、江蘇省高等學校自然科學研究面上項目、南京市留學人員科技創(chuàng)新項目及江蘇省高校優(yōu)勢學科建設工程項目的資助。

 

　　本綜述討論了水凝膠作為傳感基質(zhì)在測定食品中有害物方面的最新應用和作用?；谄淠繕朔磻墓鈱W、電學、化學或生物信號，水凝膠可用于目標傳感。水凝膠的固有特性為智能傳感器的構(gòu)建提供了若干優(yōu)勢。一方面，它們的化學多樣性和調(diào)整其特性的可能性有利于設計刺激響應型水凝膠，基于此，水凝膠本身可用于設計傳感器。另一方面，通過將智能分子/納米材料裝載入水凝膠高度濕潤的結(jié)構(gòu)中也使得各種（生物）傳感器的制造成為可能。水凝膠的非剛性多孔結(jié)構(gòu)有利于生物分子和納米顆粒的固定化，這有利于目標識別和信號放大。水凝膠的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)防止了檢測過程中的顆粒聚集和信號變化。它們的多孔結(jié)構(gòu)允許目標分析物通過水凝膠基質(zhì)滲透，同時防止大尺寸食品組分的進入。此外，它們可以通過固相微萃取過程將分析物提取到水凝膠結(jié)構(gòu)中，而且它們的形狀適應性強，可在實際應用中用于表面 “粘貼-讀取”分析。近年來，關于水凝膠的傳感器的出版物的逐漸增多，通過引入化學分子、生物分子和其他智能納米材料，人們正在為實現(xiàn)水凝膠的功能化做出巨大努力。盡管基于水凝膠的傳感器已經(jīng)顯示出巨大的潛力，但仍有一些挑戰(zhàn)有待解決，為未來的研究提供了大量的空間。

 

　　首先，隨著聚合物工程技術的發(fā)展，通過新的交聯(lián)方法設計和合成聚合物網(wǎng)絡，實現(xiàn)對功能的靶向調(diào)控，包括對目標的選擇性、機械強度、導電性和生物或化學反應特性，是很有意義的。此外，未來基于水凝膠傳感器的發(fā)展也將大大受益于對作為水凝膠基本構(gòu)建單元的聚合物的結(jié)構(gòu)和功能的日益精確控制。其次，未來可以利用計算建模和虛擬仿真技術，更好地解釋水凝膠的“成分-結(jié)構(gòu)-性能”關系，改進水凝膠傳感器的結(jié)構(gòu)設計。再次，除了具體的傳感器設計外，通過將水凝膠與微型化技術的結(jié)合可以提供可觀的應用前景。將基于水凝膠的傳感器整合到芯片或微流控系統(tǒng)中，將有助于開發(fā)便攜式和小型化的傳感工具。最后，在新一代（生物）傳感器中需要開發(fā)基于水凝膠的多目標檢測平臺，從而滿足在一個檢測平臺中對目標進行廣譜檢測的需求。

 

　　總而言之，盡管水凝膠基材料在食品安全快速傳感方面顯示出巨大的潛力，但在它們能夠廣泛用于商業(yè)化的食品安全控制系統(tǒng)之前，仍需繼續(xù)努力。通過多學科合作，如高分子工程、材料科學和生物化學，水凝膠基傳感器有望在未來進一步促進食品安全監(jiān)測的效率。

 

　　原文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.tifs.2022.10.004