综述：工业4.0下人工智能驱动的智能包装技术在食品供应链中的应用、挑战与前景

本综述系统阐述了以碳点（CDs）为核心的生物聚合物薄膜在智能与活性食品包装中的前沿进展。文章重点介绍了利用先进技术可持续制备低成本、环保型多功能CDs基薄膜的策略，并详细分析了其在增强薄膜机械性能、屏障特性、紫外屏蔽（UV-blocking）、抗氧化及抗菌活性方面的独特优势。CDs的荧光特性使其在食品安全监测（如污染物、假冒伪劣及营养成分变化检测）中展现出巨大潜力，其低细胞毒性和良好生物相容性进一步支持了其作为可持续包装材料的应用前景。

　　

碳点

碳点（CDs）作为一种零维碳基纳米材料，自2004年被Xu等人偶然发现以来，因其尺寸小于10 nm、成本低廉、无毒、水溶性好、稳定性高、生物相容性佳以及独特的荧光特性而备受关注。其核心由sp²或sp³杂化的碳原子构成，表面富含-COOH、-OH、-NH₂等官能团，易于功能化修饰。CDs的合成原料已从早期的合成碳源（如石墨烯、碳纳米管）转向利用食品加工副产物和废弃物等可持续资源，符合绿色化学理念。

CDs基生物聚合物薄膜的制备

为克服传统生物聚合物薄膜机械性能和屏障性能不足的缺陷，研究者通过溶剂浇铸、静电纺丝、挤出成型及三维（3D）打印等技术将CDs引入到多糖（如壳聚糖、淀粉）、蛋白质（如玉米醇溶蛋白、大豆蛋白）及生物聚酯（如聚乳酸）等基体中。CDs的加入能显著增强分子间交联密度，形成致密网络结构，从而优化薄膜的综合性能。

CDs基生物聚合物薄膜的功能特性表征

研究表明，CDs的掺入能有效提升生物聚合物薄膜的力学强度、阻隔性（水蒸气、氧气）、紫外线阻挡能力、抗氧化活性和抗菌性能。其作用机制涉及CDs与聚合物链的紧密堆积、破坏微生物细胞膜、产生活性氧（ROS）以及使蛋白质失活等多重途径。此外，CDs的荧光特性可根据激发光强度变化，实现对包装食品中污染物、腐败迹象及营养成分变化的实时监测。

CDs基生物聚合物薄膜的安全性评价

CDs的细胞毒性与其尺寸、表面修饰及使用浓度密切相关。现有研究显示，含CDs的生物聚合物薄膜在细胞实验中表现出低毒性及良好生物相容性，表明其在食品接触包装中具有较高的安全性，为其实际应用提供了重要依据。

CDs基生物聚合物薄膜在食品包装与检测中的应用

CDs基薄膜作为活性包装材料，能通过缓释抗氧化和抗菌成分延长食品货架期；作为智能包装材料，其荧光响应特性可用于监测食品新鲜度（如pH值、氨气变化）、识别假冒伪劣产品以及检测病原体污染，从而保障食品品质与安全。

大规模合成面临的挑战与最新创新

尽管CDs基薄膜在实验室层面展现出卓越性能，但其工业化生产仍面临挑战，包括CDs的大规模可控制备、工艺稳定性及成本控制。最新研究方向聚焦于利用自动化合成系统、机器学习优化合成参数，并开发以食品废弃物为原料的低成本CDs制备工艺，以推动其产业化进程。

结论与未来展望

CDs基生物聚合物薄膜将绿色化学、循环经济与纳米技术有机结合，为食品包装行业提供了一种多功能、可持续的解决方案。未来研究应致力于优化CDs的合成效率、深化其与聚合物基体的相互作用机制研究，并拓展其在复杂食品体系中的实时监测应用，以加速该技术从实验室向市场的转化。