《Food Chemistry》：Progress of organic small-molecules and ultra-small fluorescent nanoprobes for pesticide residue detection
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农药残留威胁人类健康与生态，有机小分子和超小荧光纳米探针因低成本、高灵敏度等优势展现检测潜力。本文解析两类探针的结构与响应机制，对比其在农药残留检测中的特性，综述其应用现状并探讨发展方向。
高志杰|张荣荣|徐金尧|李家辉|于朝阳|刘玉龙|王子实|徐洪亮
黑龙江省农药工程研究中心，黑龙江大学高级农业与生态环境学院，哈尔滨150080，中国
摘要
农药残留对人类健康和生态系统构成威胁，因此需要简单有效的检测方法。有机小分子和超小荧光纳米探针具有低成本、高速度、易操作和高灵敏度等优点，在农药残留检测领域具有显著的应用潜力。本文首先介绍了有机小分子和超小荧光纳米探针的基本结构及其响应机制，然后讨论了它们在农药残留检测中的各自优势、劣势、相似性和差异。最后，回顾了它们在农药残留检测中的当前应用和未来发展前景。希望本文能激发有机小分子和超小荧光纳米探针在农药残留检测中的应用。
引言
随着人口快速增长和全球工业化程度的提高，农药已成为农业生产中不可或缺的重要组成部分（Yang, Chen等，2022；Zha等，2024）。农药的使用可以减少害虫和杂草的数量，从而提高作物产量（Gyanjyoti等，2023；Wei等，2024）。然而，农药的广泛使用和滥用会导致土壤和水中残留大量农药，破坏生态系统，并通过食物链进入人体，对神经系统和免疫系统造成不同程度的伤害，危及人类健康，最终引发多种疾病并增加患癌症的风险（Fan等，2025；Huang等，2022；Ren等，2024；Wang, Yao等，2023）。因此，开发便携且高效的农药残留检测方法对人类和环境安全至关重要。
目前用于识别农药残留的主要技术包括高效液相色谱（HPLC）、气相色谱（GC）、超临界流体色谱（SFC）和质谱（MS）（Guo等，2021；Huang等，2022）。这些方法具有极高的灵敏度和精确度，适用于复杂样品的分析，但需要昂贵的仪器和复杂的操作技能，通常仅在实验室中使用，因此在快速现场检测中的实用性较低（Tang等，2024；Xu等，2024；Yuan等，2023；Zhang, Wang, Feng等，2024）。荧光探针方法（图1）具有低成本、高速度、操作方便、灵敏度高和视觉检测能力强等优点，在快速检测领域具有广阔的应用前景（He等，2022；Xu等，2024）。值得注意的是，在现场快速检测技术系统中，电化学检测方法作为荧光探针方法的补充技术，两者在性能特征上各有优缺点。与荧光探针方法相比，电化学检测方法具有更高的选择性、更强的抗环境干扰能力、更简单的合成过程以及更低的环境风险。它特别适用于土壤提取物和果蔬汁等复杂基质中的精确检测（Cheng等，2024；Kalambate等，2026；Li, Wang等，2023）。然而，荧光探针方法在视觉检测能力、快速响应特性和仪器便携性方面表现出色（Li, Hou等，2023；Quan等，2023）。在需要同时视觉筛查多种农药成分的情境中，它们也具有更大的灵活性。通过比较这两种检测方法，研究人员可以根据具体应用场景选择最合适的农药残留检测技术。
近年来，有机小分子和超小纳米结构材料的快速发展为荧光探针领域带来了新的发展机遇（Huang等，2022；Yan等，2024）。有机小分子荧光探针具有高灵敏度、高特异性、良好的稳定性和低成本等优点，已广泛应用于化学、医学和环境科学领域（Li等，2022；Qi等，2023）。基于超小纳米结构材料的荧光探针包括金属纳米簇荧光探针、量子点荧光探针和碳点荧光探针，这些探针在农药残留检测中显示出高准确性和灵敏度（Gyanjyoti等，2023；Huang等，2022；Kateshiya等，2023）。本文总结了过去5年有机小分子和超小荧光纳米探针在农药残留检测中的应用进展。
本文首先介绍了荧光探针的基本结构和响应机制，系统地介绍了有机小分子和超小荧光纳米探针。然后回顾了这些荧光探针在农药残留检测中的实际应用，包括杀菌剂、杀虫剂和除草剂残留的检测。最后探讨了荧光探针的未来发展方向。希望本文能为有机小分子和超小荧光纳米探针在农药残留检测中的应用提供灵感。
荧光探针的基本结构和响应模式
荧光探针通常由三部分组成：连接桥、识别基团和荧光团。连接桥的作用是将荧光团与识别基团连接起来，识别基团能够选择性地与不同分析物结合，而荧光团则将反应信息转化为光信号（Guo等，2021；Jiang等，2024；Luo等，2023）。理想情况下，探针在结合目标物质之前荧光被抑制，结合后荧光会恢复。
有机小分子和超小荧光纳米探针的应用
在农业进步的背景下，农药对作物种植、保护和收获后处理至关重要（Yang, Chen等，2022）。根据功能和用途，农药可分为杀菌剂、杀虫剂和除草剂，这些农药可以减少害虫和杂草的数量，提高农产品产量（Wang等，2022）。然而，农药也可能污染食物、破坏生态系统，并通过食物链进入人体
总结与展望
本文描述了各种类型的农药残留，并阐明了荧光探针的基本结构和发射特性。本文回顾了两种不同类型的荧光探针：有机小分子荧光探针和超小荧光纳米探针，讨论并比较了它们的检测性能、检测策略和具体应用。尽管荧光探针在许多领域具有广泛的应用前景
作者贡献声明
高志杰：撰写——审稿与编辑；撰写——初稿。
张荣荣：软件支持、资源提供。
徐金尧：监督、软件支持。
李家辉：监督、软件支持、资源提供。
于朝阳：监督。
刘玉龙：资源提供。
王子实：监督、方法学设计、调查、数据分析。
徐洪亮：资源提供、项目管理、方法学设计。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。
致谢
本文得到了黑龙江省自然科学基金（LH2024C095, YQ2023B001）、中国博士后科学基金（2024M751241）、国家绿色农药重点实验室（华中师范大学）、中国农业研究系统专项基金（CARS-170503）、黑龙江省农业研究系统-生态农业[2023] 1197项目以及黑龙江省“双一流”学科协同创新计划的支持。
