综述：溴化物钙钛矿量子点荧光传感器在食品安全中的应用：农药和霉菌毒素检测的进展

《Journal of Agriculture and Food Research》：Bromide Perovskite Quantum Dot Fluorescent Sensors for Food Safety: Advances in Pesticide and Mycotoxin Detection

本综述系统总结了溴化物钙钛矿量子点（Br-PQDs）在食品安全检测中的前沿应用，重点阐述了其基于荧光共振能量转移（FRET）、光诱导电子转移（PET）和内滤效应（IFE）等机制，对农药残留和霉菌毒素（如AFB1、OTA）的高灵敏（ng/mL级）检测能力，并探讨了硅封装、金属有机框架（MOFs）功能化等稳定性增强策略及其在便携式传感设备中的集成潜力。

　　

2. 健康风险与食品污染物的分析需求

农药和霉菌毒素作为食品中两类主要化学污染物，对全球公共卫生构成持续威胁。农药包括有机磷类、氨基甲酸酯类、拟除虫菊酯类和新烟碱类等，通过抑制乙酰胆碱酯酶或干扰神经信号传导，导致神经毒性、内分泌紊乱及致癌风险。霉菌毒素如黄曲霉毒素B₁（AFB₁）、赭曲霉毒素A（OTA）和脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）由曲霉、青霉和镰刀菌产生，具有肝致癌性、肾毒性和免疫抑制效应。国际监管机构（如EFSA、EPA）制定了严格的最大残留限量（MRLs），但传统检测方法如高效液相色谱-串联质谱（HPLC-MS/MS）和酶联免疫吸附测定（ELISA）存在设备依赖性强、样本前处理复杂等局限性，难以满足现场快速筛查需求。

3. Br-PQDs作为食品污染物检测的荧光探针

溴基钙钛矿量子点（Br-PQDs），尤其是CsPbBr₃，凭借高量子产率（QY）、窄发射带宽和尺寸可调的荧光特性，成为荧光传感平台的理想材料。其表面可通过配体交换、抗体/适配体功能化或分子印迹聚合物（MIPs）修饰，实现对特定分析物的选择性识别。传感机制主要涉及FRET、PET和IFE，其中FRET依赖于供体（Br-PQDs）与受体（淬灭剂）之间的光谱重叠和近距离能量转移，PET通过电子转移过程调制荧光信号，而IFE则基于分析物吸收与QD发射光谱的竞争性重叠。

3.1. 功能化与荧光机制

Br-PQDs的合成方法包括热注射法、配体辅助再沉淀法（LARP）和离子交换策略。为提高在含水食品基质中的稳定性，常采用二氧化硅封装、MOFs包覆或聚合物涂层，这些策略不仅增强环境抗性，还改善分散性和生物相容性。例如，硅壳封装CsPbBr₃ QDs可在酸性或高蛋白样品中保持荧光完整性，而MIP功能化QD复合材料实现了对卡巴呋喃和OTA的高选择性检测，检测限低至0.35 ng/mL。

3.2. 性能与食品基质验证

Br-PQD传感器在谷物、果汁、葡萄酒等真实样品中表现出卓越性能，检测限可达亚ng/mL水平，回收率超过85%。通过时间分辨光致发光和发射稳定性测试，验证了其在高干扰样本中的光稳定性和重现性。双模式传感器（荧光-比色）进一步支持交叉验证，如基于MXene纳米片的传感器成功用于柑橘中噻苯哒唑的检测。

3.3. 面向实用化传感平台：多重检测、复合材料与器件集成

通过卤化物合金化（如CsPb(Br/Cl)₃、CsPb(Br/I)₃）实现光谱多重检测，可同时分析多种污染物。比率计量设计和智能手机耦合读器增强了便携性和高通量监测能力。复合材料如ZIF-8、石墨烯氧化物和共价有机框架（COFs）进一步提高了光稳定性和分析物亲和力。纸基分析设备（PADs）和微流控芯片集成了Br-PQDs，实现了低成本、便携式的污染物筛查，适用于精准农业和区块链可追溯性需求。

4. 合成与功能化策略

Br-PQDs的合成需精确控制形态、尺寸分布和结晶度。热注射法在150–200°C下产生高结晶度QD，但需后续亲水化修饰；LARP法在室温下操作，更适合大规模生产。离子交换法调节卤化物组成，优化发射波长用于多重分析。机械化学合成和微波辅助方法为绿色、可持续制备提供替代路径。

4.3. 表面工程与稳定性优化

配体交换（如PEG、半胱氨酸）改善水分散性，减少非特异性相互作用。封装策略（二氧化硅、MOFs）保护QD免受水分、氧气和极性溶剂降解。掺杂过渡金属（如Mn²⁺）可调节电子结构，增强电荷转移动力学并最小化基质干扰。

5. Br-PQDs在农药检测中的应用

Br-PQDs通过荧光淬灭机制检测有机磷、三嗪类和拟除虫菊酯农药。例如，CsPbI₃ QDs对氯丹喹啉的检测限为34.7 nM，而CsPbBr₃ QDs用于异丙噻吩检测限达10.12 nM。表面钝化和复合结构（如介孔二氧化硅）增强了在复杂基质中的特异性。

6. Br-PQDs在霉菌毒素检测中的应用

Br-PQDs传感器对AFB₁、OTA和DON表现出超高灵敏度，检测限低至fg/mL级。例如，MP QDs@ZIF-8通过ECL机制实现AFB₁的3.5 fg/mL检测，而Mn-CsPbBr₃@SiO₂采用比率计量荧光和智能手机RGB分析，用于咖啡和茶叶中OTA的现场筛查。PEC传感器结合抗体识别，实现了小麦中DON的34.3 pg/mL检测。

7. 挑战与局限性

Br-PQDs的实际应用面临稳定性（对湿度/氧气敏感）、铅毒性、合成重现性和基质干扰等挑战。尽管封装和铅替代材料（如Cs₂AgBiBr₆）正在开发中，长期环境耐久性和监管合规性仍需进一步验证。标准化协议和跨实验室基准测试对于方法验证和监管接受至关重要。

8. 未来展望与机遇

未来研究方向包括开发无铅钙钛矿、多重检测平台和可持续合成方法。智能手机集成、微流控设备和可穿戴传感器将促进现场诊断。跨学科合作和监管机构参与将加速Br-PQD传感器在食品安全、环境监测和医疗诊断中的广泛应用。