综述：用于检测和降解食品中农药残留的新荧光纳米材料构建策略：从传感到降解应用前景

《Current Research in Food Science》：Strategies for the construction of new fluorescent nanomaterials in the detection and degradation of pesticide residues in food: From sensing to degradation applications prospects

农药残留检测与降解中荧光纳米材料的研究进展与应用策略

　　农药残留长期以来对环境和人健康构成了重大威胁，其管理和有效降解仍是全球性挑战。尽管传统检测和降解方法受到多种条件的限制，但荧光纳米材料因其高灵敏度和实时便捷性，正逐渐成为农药残留检测和降解领域的重要工具。本文回顾了过去五年内用于农药残留分析的典型荧光纳米材料，通过分析这些纳米材料的内在机制和合成方法，以及不同类型材料的优缺点比较，全面讨论了基于纳米材料的检测和降解技术的最新进展与应用策略。研究发现，荧光纳米材料的特异性杂化可以克服原始组分的局限性。最后，总结了其未来发展的潜力，为开发具有检测与降解双重功能的新材料提供了理论基础。

农药是一种用于防止、控制和消除杂草、害虫和病害的化学物质，从而保障和促进作物高效生长（Yan et al., 2018）。然而，随着农药使用规模的迅速扩大，非法和过量使用问题日益突出，使得残留污染不可避免。为确保农产品的安全，欧盟法规（EC）第396/2005号规定了食品中农药的最大残留限量（MRLs）。超过MRLs可能会对人体健康和生态环境造成严重危害。许多农药具有降解困难的特点，导致植物中产生过量的活性氧物种（ROS），从而引发氧化应激、DNA损伤和光合作用障碍，最终导致植物死亡和生态失衡（Rosell et al., 2008；Alengebawy et al., 2021）。此外，农药在环境中具有较长的持久性，有毒物质通过食物链渗透和积累，食物中农药污染的摄入可能导致复杂的联合暴露模式，可能产生拮抗或协同效应（Lasch et al., 2021；Lichtenstein et al., 2021；Dobreniecki et al., 2022；Yang et al., 2024），并对人体神经系统和免疫系统造成损害（Casida and Durkin, 2013；Xu et al., 2015；Skolarczyk et al., 2017；Huang et al., 2022）。在当代社会，监测和降解农药残留以确保食品安全、环境保护和人体健康显得尤为重要（Yang et al., 2022）。

目前，传统检测方法包括光谱法、色谱法（Xu et al., 2017；Huang et al., 2019）、毛细管电泳法（John et al., 2022），而新型分析方法包括化学发光测定法（Chang et al., 2023）、电化学测定法（Yu et al., 2022）和比色测定法（Gu et al., 2025）。然而，色谱法成本高且操作繁琐，毛细管电泳法需要高度专业化的操作人员。光谱法和比色法灵敏度不足，而化学发光法和电化学法虽然灵敏度较高，但稳定性较差（Christodoulou et al., 2018；Goh et al., 2021；Wang et al., 2023）。因此，开发一种有效的现场直接分析农药残留的方法至关重要。荧光分析利用荧光强度进行定性和定量分析（Wu et al., 2023；Xiao et al., 2023），因其快速响应、直观可视化、高灵敏度和超低检测限（Li et al., 2020；Zhang et al., 2020）以及低成本（Qi et al., 2019）而受到广泛关注。随着纳米技术的发展，荧光纳米材料已被广泛应用于荧光分析中（Gemma et al., 2012）。

在农药降解方面，热处理技术可以降低农药含量，但会破坏食品中的营养成分。生物降解方法虽然成本较低，但通常需要较长的处理时间（Yashpal and Kumar, 2022）。化学方法虽然效率高，但存在二次污染的风险。物理方法易于实施，但总体效率较低（Bi et al., 2023）。因此，科学界对开发高效且环保的农药降解策略给予了高度重视。由于其出色的催化性能、可靠性、成本效益以及快速高效的性能，荧光纳米材料在农药降解中展现出强大的潜力（Rani et al., 2024）。

综上所述，新兴的基于荧光纳米材料的技术在农药残留检测和降解领域展现出巨大潜力。检测和降解的效率和机制在很大程度上取决于所使用的荧光纳米材料的类型。开发具有独特功能的新材料的进步依赖于对荧光纳米材料的深入理解。这是推进农药残留研究的关键。本文综述了近年来应用于农药残留分析的几种重要荧光纳米材料，包括量子点（QDs）、金属有机框架（MOFs）和金属纳米簇（MNCs）。它比较了它们的结构特征、传感机制和合成方法，以及性能差异、优势和局限性。此外，还分析了旨在提高食品中检测和降解效率的新荧光纳米材料的设计策略。最后，本文对研究进展进行了总结和展望，为开发下一代荧光纳米材料提供了理论依据。

荧光纳米材料是指在纳米尺度或由基本单元构成的材料，通常尺寸范围在1至100纳米之间（Nile et al., 2020）。这些材料因其高表面积与体积比、可调尺寸和可适应的物理和化学性质而展现出独特的特性。这些特性导致了诸如量子限制效应、表面活性和介电限制行为等现象（Hamid et al., 2022）。这些材料在多个领域表现出卓越的性能，包括光学、电子、磁性、机械、热力学和化学反应性（Gleiter, 2000；Tran et al., 2012）。越来越多的研究正在将纳米材料与生物技术、人工智能、电子、材料、能源、医学和消费品相结合，从而形成了广泛的应用场景，包括医疗、环境监测、工业过程和安全应用（Park et al., 2021；Kim et al., 2022）。荧光纳米材料可以按其维度或组成进行分类。按维度划分，它们分为零维（如量子点、纳米颗粒、金属簇）（Almeida et al., 2023；Chen et al., 2023）、一维（如纳米管、纳米棒、纳米束）（Bergin et al., 2012；Liu et al., 2012）、二维（如石墨烯、过渡金属二硫化物（TMDs）、黑磷（BP））和三维（如纳米复合材料、三维多孔材料）（Pokropivny and Skorokhod, 2007；Saleh, 2020）。按材料类型，它们包括碳基纳米材料（如富勒烯、碳纳米管）、有机纳米材料（如树状大分子、胶束、脂质体）、无机纳米材料（如金（Au）或银（Ag）、金属氧化物和半导体颗粒）以及复合纳米材料。荧光纳米材料通常通过光学机制进行检测，如局域表面等离子体共振（LSPR）（Xiao et al., 2014）、荧光增强和表面增强拉曼散射（SERS）。它们也可以通过电导率变化、催化活性、离子门控行为等电化学调控方式进行检测。总之，由于荧光纳米材料种类繁多且传感机制多样，应根据目标分析物的性质以及特定应用所需的灵敏度和选择性来选择合适的材料。不同类型荧光纳米材料的合成方法及其优缺点如表1所示。

表1 比较不同类型荧光纳米材料的合成方法及其优缺点。

| 名称 | 类型 | 制备策略 | 优点 | 缺点 | 参考文献 |
|------|------|----------|------|------|-----------|
| M-QDs | QDs | 底向策略 | 荧光发射波长较窄，稳定性高，荧光量子产率高 | 生物毒性，成本高，环境不友好 | Sung et al. (2024) |
| GQDs | QDs | 顶向策略和底向策略 | 高水分散性，优异的电子和离子导电性，高比表面积 | 合成过程复杂，诱导细胞自噬和炎症反应，低产率 | Zou et al. (2024)；Danial et al. (2021)；Sun et al. (2020) |
| CQDs | QDs | 顶向策略和底向策略 | 优异的水溶性，抗菌性，生物相容性，稳定性，可修饰性，成本低 | 易光腐蚀和聚集，荧光量子产率低 | Sun et al. (2022)；Syed et al. (2022)；Zheng et al. (2025) |
| MIL | MOFs | 溶剂热法、微波辅助法、超声辅助法、溶剂热法、电化学法 | 高化学、热和水稳定性，大孔隙，高比表面积 | 水稳定性差，能耗高，细胞毒性 | Wang et al. (2024)；Yusuf et al. (2022) |
| ZIF | MOFs | 机械化学法、室温法 | 高灵敏度，优异的生物相容性 | 水稳定性差，细胞毒性，孔径有限 | Wang et al. (2024)；Liu et al. (2023) |
| UiOMOF | MOFs | 超声辅助法、溶剂热法 | 可调性高，高孔隙率，强热稳定性，高比表面积 | 成本高，细胞毒性 | Wang et al. (2024)；Duraisami et al. (2024)；Iqbal et al. (2025) |
| NMNCs | MNCs | 模板辅助法、化学还原法、电化学法 | 优异的催化活性和光学性能，简单合成，精确尺寸控制，卓越的生物相容性和低毒性 | 合成可控性差，成本高 | Panthi and Park (2022)；Pang et al. (2024) |
| CuNCs | MNCs | 模板辅助法、化学还原法、微波辅助法 | 成本低，环境友好 | 易氧化，环境稳定性差，低PLQY | Mittal and Gupta (2023)；Panthi and Park (2022)；Gao et al. (2024) |

近年来，量子点（QDs）已成为极具前景的荧光纳米材料，吸引了大量科学研究兴趣。这些纳米颗粒表现出量子限制效应和尺寸依赖的光致发光特性。它们通常由半导体核心和壳层组成（Diroll et al., 2023），表面被多功能配体包裹。其直径通常在1至10纳米之间（Vladimir et al., 2013；Zhou et al., 2018），通常由III-V、II-VI和IV-VI族元素组成（Mahato, 2017）。

考虑到量子力学原理，QDs展现出独特的发光和电子特性（Chan and Nie, 1998）。（1）QDs的化学组成和颗粒尺寸可以控制，从而改变其荧光发射波长；较小的QD会增加限制效应，提高带隙能量，导致以低波长可见光（蓝色）形式释放更多能量（Zou et al., 2024a,b）。相反，较大的QD带隙能量较低，因此发射红光；（2）QDs表现出宽的吸收截面、高荧光量子产率（40-90%）和高达106 L/(mol·cm)的摩尔吸光系数（Zrazhevskiy et al., 2010），这种更高的发光效率确保了更明亮的荧光信号，提高了传感应用中的灵敏度和信噪比（Margaret et al., 2019）；（3）QDs由非反应性的无机化合物组成，并具有保护性的外壳，使其在光照下表现出卓越的稳定性。这种结构优势使其在长时间内保持强烈的荧光，显著提高了检测结果的可靠性（William et al., 2003；Sun and Goldys, 2008）；（4）QDs的荧光寿命为20-50 ns，使时间分辨光学成像具有高时间分辨率（Walling et al., 2009）；（5）QDs可以生成在电子转移反应中接近电极的光，已被用于电化学传感器、光电子设备等多领域应用。

然而，由于其结构的复杂性，在QDs应用的发展过程中仍存在一些挑战和障碍。高比表面积导致表面缺陷，捕获电子和空穴，从而改变光谱形状、降低PLQY和光化学稳定性（Nazri et al., 2021）。为此，学者们通过表面功能化、杂原子掺杂（Nazri et al., 2021）、建立核心-壳结构以及与其它结构（如氧化石墨烯和碳纳米管）复合等方法，改进了QDs的光学、化学和电子性能（Hui et al., 2023）。此外，QDs的尺寸和形状、化学组成和结构，影响其在生物体内的分布、相互作用和降解（Dong et al., 2012），可能导致生物体内的氧化应激（Navarro et al., 2012）。例如，石墨烯量子点（GQDs）可以诱导生物体内的自噬和炎症反应；含镉QDs中释放的Cd2+会在表面氧化后从聚集的QDs中释放出来，并与细胞内蛋白或膜结构结合，导致细胞毒性及细胞凋亡（Chen et al., 2012）。为此，学者们采用绿色化学方法，以生物安全性更好的碳量子点（CQDs）替代金属量子点（Sun et al., 2022）。他们使用天然物质（如植物提取物、食品废弃物）代替化学前体作为绿色碳源。例如，Chandra等人（Chandra et al., 2022）成功地从Jatropha curcas果实中合成了J-CQDs，用于氯吡脲的检测。然而，实际应用中仍存在荧光强度低的问题。为解决这一问题，研究人员进行了表面修饰和功能化，包括掺杂、耦合和与非金属或金属纳米复合材料的杂化。Mei等人（Mei et al., 2024）建立了一种基于MnO?纳米片（NSs）的荧光平台，使用了氨普鲁士蓝（AR）和从秋葵中获得的CQDs，用于敌敌畏的检测。其中，AR与MnO? NSs之间的氧化反应增强了荧光强度，表明了利用生物质衍生CQDs进行农药检测的可行性。

基于QDs的特殊性质，它们的传感原理可以通过多种方式实现。目前，这些相互作用可以分为四种类型，包括直接改变MOFs材料、直接电荷转移、光电荷转移（PET）和内部过滤效应（IFE）。这些不同的相互作用也导致了不同的响应模式，包括on型、off型、波长偏移型和组合型（Wu et al., 2022）。其中，"off"型是最常见的。"on"型更直观，近年来吸引了大量研究兴趣。波长偏移型改变荧光颜色，提供了一个视觉上显著的信号。组合型则同时改变波长和强度，通过产生分析物特异性响应，实现比率传感（Gao et al., 2018；Lu et al., 2018；Gladysiak et al., 2019）。

MOFs是通过金属离子或金属簇与有机配体的配位作用形成的多孔扩展固体，也被称为多孔配位网络（Furukawa et al., 2013）。MOFs的首次合成可追溯到20世纪90年代中期，此后逐渐成为材料研究的重点。MOFs具有极高的比表面积、均匀的孔道结构和可调节的孔径，从而提供出色的总体孔隙率。此外，它们独特的结构特征包括原子分散的金属位点和可定制的表面化学（Gonzalo et al., 2022），使它们在界面分离和相容性方面具有更好的控制能力（Cheng et al., 2017）。因此，MOFs被广泛用于痕量物质的吸附和分离、污染物检测、催化、药物递送（Linnane et al., 2022）以及生物传感器（Chowdhury et al., 2022）等应用。其中，MOFs可以通过更强的化学可调性实现更高效和特异性的宿主-客体识别。同时，MOFs由于具有丰富的π和n电子，使其能够高效地形成多样的荧光信号（Wu et al., 2020；Yang et al., 2020）。此外，MOFs的性质使它们在实际应用中多被用作模板或前驱体。研究人员通过结构工程策略，如引入分级孔隙或缺陷，以及掺杂异质金属和/或配体，将MOFs与其他材料复合，形成具有增强稳定性和改进电子导电性的功能衍生物。然而，由于在恶劣条件下配体和金属离子的完全转化，MOFs的一些固有性质不可避免地被牺牲。因此，为了解决这个问题，研究人员通过将原始MOFs的结构优势与MOFs的功能衍生物相结合，构建了部分转化的金属有机框架（PC-MOFs）（Zou et al., 2024a；Zou et al., 2024b）。

基于PC-MOFs相较于主流MOFs的优势，许多学者从合成和应用入手，进行了实验研究和深入探索。PC-MOFs的合成策略旨在实现可调节结构和共聚物，从而确保对MOFs前驱体转化程度的精细调控。通常，PC-MOFs的合成过程分为两个步骤：第一步需要选择具有合适形态和结构的MOFs作为候选前驱体（Jiao et al., 2019），第二步则选择适合的条件对选定的MOFs进行后处理，旨在实现配体和/或金属中心的部分而非完全转化。目前，可以采用的高效PC-MOFs合成转化策略主要包括受控热解（Liu et al., 2019）、湿化学转化（Lu et al., 2016）以及外部场辅助路径（Yi et al., 2020）。因此，对MOFs及其作为荧光材料的响应机制进行更深入的理解，结合根据分析物的物理化学性质选择合适的合成方法，将继续为荧光检测领域的扩展提供可行性和前进动力。

纳米簇（NCs）是一类具有保护基团的纳米颗粒，由金属原子（N）和配体（M）组成（Pan et al., 2023），尺寸通常在1至3纳米之间，原子数从几个到几百个不等（Park et al., 2021）。纳米簇可分为单金属纳米簇、双金属纳米簇和多金属纳米簇（Tang et al., 2024）。

纳米簇的性质主要由其超小尺寸和独特结构决定，这些特性导致了显著的量子限制效应和表面效应，以及与传统纳米颗粒不同的光致发光行为。由于纳米颗粒的尺寸范围为3至100纳米，且能带保持连续，纳米簇则通过进一步减小尺寸形成，其中电子接近费米波长，能带结构变得离散，从而形成离散的能级。因此，纳米簇表现出强烈的量子限制效应和独特的光学性能，如高光致发光、快速发射速率和较大的斯托克斯位移。在这些性能中，实现高量子产率尤为重要（Mittal and Gupta, 2023）。

纳米簇的传感策略主要基于其独特的物理化学特性。高比表面积和大量活性位点有助于增强与目标分子的相互作用，从而促进其吸附和反应。量子尺寸效应使纳米簇在特定尺寸下表现出荧光特性，可用于光学传感。传感机制主要包括表面等离子体共振、电荷转移和分子识别，这些机制通过光学、电化学或质量变化等信号传导方法，实现对农药的高灵敏度和选择性检测。其中，荧光纳米簇主要基于SPR，这是一种光学效应。研究表明，这些应用在荧光探针、生物成像和光热治疗领域具有重要价值（Zhang and Wang, 2014；Mu et al., 2021）。通过对这些机制的深入理解，可以设计和合成具有特定功能的纳米簇，从而推动其在更多领域的应用。

纳米簇的合成方法主要包括化学合成、模板法、微乳液法和生物合成。化学合成方法需要金属盐、还原剂、合适的稳定剂和溶剂（Su et al., 2019）。主要方法包括化学还原、模板法、微乳液法和生物合成。化学还原是最常用的技术之一，通过在溶液中还原金属盐前体合成纳米簇。这种方法操作简便，但难以实现对簇尺寸和分布的精确控制。模板法则是通过使用分子或超分子模板来控制纳米簇的成核和生长。虽然这种方法能够获得尺寸均匀且结构明确的簇，但其合成过程相对复杂。微乳液法利用由水-油-表面活性剂系统形成的微乳液作为纳米反应器，限制金属离子的还原和簇的生长。这种方法可以获得更小的簇，但产率低，不适合大规模生产。而传统的有机溶剂合成方法可以产生大量荧光量子点，但这种方法有毒，不适合生物应用。生物合成方法则利用生物分子或生物体来合成纳米簇。这种方法绿色且合成的簇具有生物相容性，但难以精确控制簇的尺寸和结构（Zhang and Wang, 2014；Chen et al., 2023）。

因此，开发非毒性和绿色的纳米簇合成方法引起了科学界的极大兴趣。大量实验研究促使研究人员将天然和无毒物质纳入现有合成方法中，通过选择更安全的溶剂（如水）、绿色稳定剂（如硫代硫酸盐、磷化物、硒酸盐和炔基作为配体）以及天然生物分子模板（如蛋白质、肽、DNA、聚合物和植物衍生的大分子）（Ghotekar, 2019），实现绿色合成。此外，使用无毒的还原剂和节能技术如微波、超声波和水浴加热（Naaz and Chowdhury, 2017）进一步支持了可持续的合成。这些方法符合绿色化学原则——特别是“设计节能”，同时保持成本效益。因此，通过结合这些绿色合成方法，研究人员可以探索高质量、低成本且环境友好的纳米簇，并最终实现其在实际应用和大规模生产中的应用。然而，目前的研究尚未达到高稳定性、高量子产率和对尺寸和结构的精确控制的最佳状态。在实现精确可控的修饰的同时，平衡功能化与保持固有性质仍存在挑战，需要国内外研究人员的持续和合作努力（Mittal and Gupta, 2023）。

尽管单个荧光纳米材料在技术优化、绿色合成和实时监测策略方面取得了显著进展，但在实际应用中仍存在固有的局限性。因此，越来越多的研究人员开始探索基于复合荧光纳米材料的创新方法，以克服这些挑战并提高功能性能。

复合荧光纳米材料是通过技术手段将不同纳米材料组件混合和组合而形成的。通常，复合材料中的某一相小于100纳米，或结构具有纳米尺度的相间重复距离（Lozhkomoev et al., 2019）。与独立荧光材料相比，通过杂化形成的复合材料具有更强的灵敏度、稳定性、抗干扰能力和荧光效率。通过多种荧光材料的结合形成复杂探针，已被应用于多种农药残留检测，例如Yuan等人（Yuan et al., 2021）开发了Mn-ZnS QDs和共价有机框架（COFs）的复合材料，将其整合到光传感纳米颗粒中，并采用了分子识别介导的荧光响应策略，成功应用于检测（Wu et al., 2022）。通过使用氨基硅烷和离子液体对Mn-ZnS QDs进行修饰，使其与农药分子形成非共价键。同时，多种因素促进了光学增强和荧光响应的形成，包括COF作为载体的增强、离子液体共轭的延伸以及COF腔内结构灵活性的限制。结果解决了量子点尺寸、低合成产率和易聚集和氧化的问题，从而提高了荧光效率和效果。Chen等人（Chen et al., 2024）选择将三种纳米材料，铜纳米簇（CuNCs）、氮掺杂碳量子点（N-CQDs）和基于铈的金属-有机骨架（Ce-UiO-66）复合，以实现对甲基对硫磷（MP）的准确检测。该复合材料采用比率荧光传感策略，MP的降解产物会淬灭RFC的蓝色荧光，而橙色荧光保持不变，且比率信号与农药浓度呈线性相关（Wu et al., 2022）。这种设计实现了比率检测，克服了传统单信号荧光方法的固有局限性，同时确保了低毒性、环境友好性和低实验损耗（Wu et al., 2022）。更值得称赞的是，为了更快更直观地检测农药含量，研究人员将智能手机引入了检测体系。Chen等人（Chen et al., 2022）开发了一种基于铜纳米簇（CuNCs）和氮掺杂碳量子点（NCQDs）协同效应的比率荧光传感系统（Wu et al., 2022）。实验结果表明，该方法能够高效且灵敏地评估样品中噻虫嗪和敌草快的含量。除了智能手机，一些研究还结合了人工智能、机器人和微流控装置等先进技术，以拓展应用范围（Wang et al., 2025）。食品中农药残留的检测也在这一方向上取得进展。通过将具有不同优缺点的荧光材料进行杂化，不仅继承了不同材料的优势，还产生了协同效应，获得额外的功能，克服了原始材料自身的局限性，从而进一步拓展了其在农药残留检测领域的应用。

近年来，研究人员频繁使用荧光猝灭机制来放大荧光信号，因其快速、无标签和无侵入性的特点，避免了对作物的损伤，满足了检测需求。农药残留的检测通过其荧光猝灭程度进行准确和灵敏的分析。例如，Mahajan团队（Mahajan and Patil, 2024）开发了一种基于静电猝灭机制的新型荧光“开关”传感器。该团队合成了一种水溶性的钴/锌-氮共掺杂石墨烯量子点（Co/Zn-N-GQDs），用于识别水果和蔬菜中的醌类农药。利用棕榈叶作为天然前体，钴（Co）、锌（Zn）和尿素（N）作为掺杂源。Co/Zn-N-GQDs在单独存在时具有高荧光强度，但在存在Cu2+时，通过强静电相互作用聚集形成Cu2+-Co/Zn-N-GQDs复合物，导致荧光猝灭。添加醌类农药后，复合物解聚，Cu2+离子从Co/Zn-N-GQDs表面脱落，从而诱导荧光恢复。在另一项研究中，Nair团队（Nair et al., 2021）设计了一种基于硫掺杂石墨烯量子点（S-GQD）和适配体杂化的荧光指示剂，用于系统检测有机磷农药，如乐果（OM）（Nair et al., 2021）。该检测采用荧光“开启”策略，未结合配体的S-GQD与适配体聚集，导致荧光猝灭。在存在OM的情况下，S-GQD-适配体复合物分解为适配体-OM复合物，并释放自由荧光S-GQD，从而恢复S-GQD的荧光。该方法通过掺杂异质原子来减小带隙，增强光吸收，以实现超高的灵敏度和选择性（Nair et al., 2021）。Su等人（Su et al., 2022）通过结合MOF和适配体，设计了一种基于GH-Cu生物MOFs和适配体的荧光适配体传感器。GH-Cu生物MOFs作为吸附剂和淬灭剂，吸附农药并导致荧光猝灭。建立农药目标后，适配体与GH-Cu生物MOFs的结合不良，导致适配体在纳米材料上的吸附减少，从而重新开启荧光。其最显著的特点是使用二肽甘氨酸-组氨酸（GH）和二价铜离子（Cu2+）作为生物有机连接剂和金属离子，大大提高了其生物相容性并减少了对环境的影响。该方法成功应用于杀虫剂甲胺磷的测定，并在食品和环境样品中具有高应用潜力。荧光猝灭机制能够实现精确调控和灵敏检测，研究正朝着更精细和深入的方向发展，预计将在新荧光纳米材料的发展和生物传感技术的创新中发挥更大作用。

在农药种类及其对人类社会的危害方面，有机磷（OP）农药目前使用最广泛，这得益于其毒性较低和残留较少。但遗憾的是，作为最常用的杀虫剂，OP不仅通过抑制乙酰胆碱酯酶（AChE）表现出神经毒性，还可能导致免疫毒性和心脏毒性等不良反应（Rajak et al., 2021）。因此，研究人员和学者对有机磷农药残留检测技术进行了深入研究，并继续创新和优化具有更好性能的荧光材料的设计和制备（Cai et al., 2021）。然而，大多数用于有机磷农药检测的荧光传感器仍依赖于OP对AChE的抑制。例如，Yang等人（Yang et al., 2021）通过刺激响应荧光策略合成了镉碲量子点（CdTe QDs）。这些QDs在酸性pH条件下表现出显著的荧光响应。乙酰胆碱（ACh）被AChE水解为CH?COOH，从而降低pH并触发CdTe QDs的荧光爆发。相反，OP会抑制这一催化过程，维持稳定的pH，从而防止荧光发射的显著变化。这种机制使OP的检测成为可能。此外，Wang等人（Wang et al., 2024）开发了一种用于检测蔬菜中OP的新型双信号荧光传感器。该方法利用AChE和胆碱氧化酶（ChOx）的催化活性将修饰的铁氰化物四苯基乙烯（TPE-Fc）氧化为TPE-Fc?，导致聚集并增强青色荧光。同时生成的•OH导致由谷胱甘肽合成的金纳米簇（GSH-AuNCs）荧光减弱，从而使OP可见。然而，AChE的抑制不仅受到生物酶的限制，这会影响检测的稳定性，还可能导致假阴性结果，影响检测的准确性。因此，为了解决这一问题，Chen等人（Chen et al., 2024）将酶固定在MOF材料中，酶触发MOF的快速成核，这可以有效提高酶的稳定性以及级联催化效率。他们将这种方法应用于水果和蔬菜样品，并构建了一个级联纳米生物反应器，用于检测甲基对硫磷（MP）（Chen et al., 2024）。AChE/ChOx和GSH-AuNCs分别被封装在ZIF-8中作为固定载体。这不仅有效保护了酶免受外部环境的影响，还提高了酶级联反应的催化效率和荧光强度。这种基于MOF的酶固定策略确保了荧光传感器的检测精度和性能，从而解决了传统酶依赖检测系统的局限性。

在农药降解方面，尽管实时、灵敏的农药残留检测至关重要，但直接在污染源处进行农药降解往往更为实际和高效。而不是限制农药的使用，更合理的做法是开发环保、可持续的降解策略。虽然与检测方法相比，降解策略仍处于发展阶段，但近年来，农药残留的降解已成为荧光纳米材料在农业中的关键研究方向。农药可分为六大类：有机磷农药（OPPs）、有机硫农药（OSPs）、有机氨基甲酸酯农药、有机氯农药（OCPs）和拟除虫菊酯、新烟碱类农药。根据作用目标、效率和化学组成的不同，其降解方法也有所差异。总体而言，常见的降解方法包括物理方法（如吸附、光解、热解）、化学方法（如氧化还原、水解、光催化氧化）和生物降解（由微生物、植物或酶介导的农药转化为营养物质或催化分解）。新兴技术如电化学降解、超声波降解、纳米材料降解和高压处理（HPP）已引起科学界的广泛关注（Andreja and Sandra, 2023）。结合多种方法可以提高降解效率，同时促进可持续性、节能和成本降低。

目前，大量光催化降解策略被采用。光催化降解是一种通过紫外光激发农药分子，使其经历光电离和均裂，最终转化为环保的小分子的过程，可分为光生电子-空穴对分离和价带空穴的直接氧化（Burrows et al., 2002）。环境污染物的光催化分解取决于所使用催化材料的效率；开发高效的催化材料代表了环境修复的一种高效方法。基于荧光纳米材料的高效催化材料的开发成为研究人员关注的重点，因为它们具有出色的催化性能、成熟且完善的制备方法、良好的可靠性、低成本和高效率及快速性。Targhan等人（Targhan et al., 2024a）从稻壳中低温提取了石墨烯量子点（GQDs），其电子特性促进了某些载流子向吸附的污染物分子的直接转移。在光催化作用下，价带电子进入导带，生成反应性氧化物质或矿化产物，成功应用于三种高毒有机氯农药的降解（Targhan et al., 2024a）。更高的电子-空穴对分离提供了更高的光降解效率。同时，使用稻壳作为原材料有助于大规模生产和废弃物回收，并在节能方面具有优势。然而，石墨烯量子点对有机氯农药的降解率有限，仅为60%-70%，且仍存在较大毒性。光催化活性与特定表面积、孔隙率、带隙和光吸收密切相关，而复合荧光纳米材料甚至在多次光催化分解循环后表现出优异的稳定性和可回收性（Heu et al., 2020），因此Targhan等人（Targhan et al., 2024a）提出了使用含有大量巯基基团的碳量子点（CQDs-SH）作为钝化剂，并设计了CQDs-SH/CdS量子点复合材料（Targhan et al., 2024a）。采用价带空穴的直接氧化策略，使CQDs在光照射下生成羟基自由基，表现出强大的光催化活性，从而完成对噻虫嗪的降解。钝化的CdS量子点能够更精确地控制其尺寸和稳定性，以提高光催化效率，最终将噻虫嗪的光降解率提高至88.06%，解决了之前降解率低的问题（Targhan et al., 2024a）。此外，他们还通过改进配体、设计ZIF-CdS/Tpy纳米复合材料（Targhan et al., 2024a）（Targhan et al., 2024b）提出了新的提高光催化效率的想法。ZIF-67具有良好的吸附性能，而三吡啶具有显著的光致发光和导电性，将两者复合以合成具有更好催化性能、优异稳定性和可重复使用的纳米复合材料，成功应用于噻虫嗪的吸附和降解。ZIF-CdS/Tpy在可见光照射下生成电子-空穴对，并氧化生成大量羟基自由基，攻击吸附在其表面的噻虫嗪的C-N键，从而完成降解。在不断提升纳米材料的光催化效率的同时，研究人员也在探索纳米材料多功能性的方向上取得了新的进展。Ma等人（Ma et al., 2023）使用MOF-808作为宿主，Fe-CDs作为客体分子（Ma et al., 2023）。前者具有有机磷水解酶活性，能够通过其大孔径和低节点快速水解对硫磷；后者不仅用于有机磷酯键（如对硫磷）的光催化降解，还用于噻虫嗪的光催化