《TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY》：Molecular recognition elements for food safety biosensing: Advances, challenges, and perspectives
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•食品安全生物传感器四大识别元件的最新进展。•对工程抗体、适配体、分子印迹聚合物和受体蛋白进行比较。•综述选择性、稳定性、基质耐受性和可制造性。•探讨实际食品监测面临的挑战与未来机遇。引言食品安全始终是关系重大的全球公共卫生挑战之一，因为源自农业生产、食品加工、环境污染和微生
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食品安全生物传感器四大识别元件的最新进展。
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对工程抗体、适配体、分子印迹聚合物和受体蛋白进行比较。
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综述选择性、稳定性、基质耐受性和可制造性。
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探讨实际食品监测面临的挑战与未来机遇。
引言
食品安全始终是关系重大的全球公共卫生挑战之一，因为源自农业生产、食品加工、环境污染和微生物感染的污染物持续威胁人类健康，并造成巨大的社会经济负担。兽药、农药、真菌毒素、环境污染物、细菌病原体、病毒和天然毒素在分子大小、理化性质、存在水平和复杂食品基质中的分布方面存在显著差异。因此，现代食品分析越来越需要不仅具有高度灵敏度，还能对化学和生物多样的靶标进行快速、选择性、多重和现场检测的分析方法（Havelaar等，2015；世界卫生组织，2026）。尽管色谱和质谱技术因其灵敏度、准确性和结构鉴定能力仍是确证分析不可或缺的，但对其精密仪器、集中化实验室、经过培训的人员和劳动密集型样品制备的依赖限制了其在常规高通量监测和田间食品监测中的应用（Sun等，2023；Xu等，2021；Yang等，2024）。因此，生物传感技术作为快速和去中心化的食品安全监测的重要互补工具应运而生。然而，其实际应用不仅需要高分析灵敏度，还需要可靠的稳定性、基质耐受性、操作稳定性和真实条件下的重现性。
满足这些要求从根本上取决于分子识别元件的性能。无论采用何种信号转导机制，选择性捕获靶标都是可靠信号生成的先决条件。蛋白质工程、核酸工程、高分子化学和合成生物学的进展已产生了除传统单克隆抗体之外的广泛识别分子谱系。这些元件实现了可编程信号放大、类别选择性筛查、多重分析和便携检测平台（Van Dorst等，2010；Zhao等，2023）。因此，选择合适的识别元件已成为生物传感器设计中最关键的决策之一。这一选择不仅要考虑亲和力和灵敏度，还要考虑靶标大小、结构多样性、食品基质组成、储存条件、检测架构、制造重现性以及与其信号转导策略的兼容性。
在目前可用的识别策略中，基因工程抗体仍是最成熟的生物结合剂，兼具高亲和力和特异性以及显著的工程灵活性。然而，其实际应用性能可能受限于生产复杂性、结构稳定性、固定化效率以及在检测条件下的活性丧失（Labrijn等，2019；Peltomaa等，2022；Yang等，2025）。适配体提供化学合成途径、批次间变异性低、序列可编程性，并与基于核酸的信号放大具有特别强的兼容性。然而，其实际应用性能可能受到筛选条件、固定化后的构象变化、核酸酶降解以及在复杂食品基质中亲和力或特异性丧失的强烈影响（Darmostuk等，2015；Li等，2022；Schilling等，2018）。分子印迹聚合物（MIPs）提供了一种具有高度化学稳健性、长期稳定性、再生潜力和与传感及样品制备平台广泛兼容性的合成识别策略。其实际局限主要来自结合位点异质性、靶标可及性受限、模板泄漏以及在复杂食品基质中的非特异性吸附（Cao等，2019；Chen等，2016；Kupai等，2017）。受体蛋白对于广谱或类别水平筛查特别有吸引力，因为单一受体可以识别多种具有共同生物相互作用的结构相关化合物。然而，单个化合物之间的结合亲和力差异可能产生不均衡的分析响应，使定量校准复杂化并增加检测覆盖不完全的风险（Ahmed等，2017；Gaudin，2017）。这些对比特征表明，四种识别策略是互补而非直接可互换的，其适用性强烈依赖于分析靶标、基质复杂性、传感格式和预期应用。
尽管基因工程抗体、适配体、MIPs和受体蛋白各自已被广泛研究，但大多数现有综述聚焦于单一识别家族、特定污染物类别或特定信号转导策略（Cao等，2019；Peltomaa等，2022；Van Dorst等，2010；Zhao等，2023）。这种碎片化处理使得难以判断分析性能的改善究竟源自识别分子本身、纳米材料、放大电路还是数据处理方法。可编程放大系统、人工智能辅助分子设计、微流控技术和便携传感平台的出现正在重塑食品安全生物传感器的设计。这些进展对分子识别元件提出了新的要求，包括分子可编程性、结构稳定性、基质耐受性、可重现的固定化以及与小尺寸化和集成化传感工作流程的兼容性（Hassan等，2025；Zhang等，2022）。因此，需要在共同食品分析标准下对识别元件进行直接比较，以支持合理的组件选择。
在本综述中，我们系统地考察了食品安全检测中使用的四类代表性分子识别元件：基因工程抗体、适配体、MIPs和受体蛋白。对它们的识别机制、分子工程策略、分析优势、实际局限以及与其新兴放大和读数技术的兼容性进行了批判性比较。我们不以突出超低检测限（LOD）的孤立记录为重点，而是根据以应用为导向的标准来评价这些识别元件，包括在复杂食品基质中的选择性、分子可编程性、稳定性、可制造性、再生性、广谱识别、多重分析潜力以及对常规筛查的适用性。通过建立将识别元件固有特征与靶标性质、基质复杂性、监管要求和部署场景联系起来的统一框架，本综述为研究人员更快速、更合理地选择合适分子识别组件提供了实用基础。这种指导对于减少生物传感器开发中的试错、区分识别的真正改善与仅由信号放大产生的增益，以及加速食品安全生物传感器从概念验证研究向常规监测、风险评估和监管控制可靠工具的转化至关重要。
章节摘要
基因工程抗体
常规抗体由两条相同的重链和两条相同的轻链通过二硫键连接而成。其N端可变区形成抗原结合位点，而Fc区提供结构稳定性并介导免疫效应功能（Norman等，2019；Stanfield等，2014）。多克隆抗体在传统食品免疫分析中仍被广泛使用，因为它们相对容易生产，且可提供较高的表观
适配体
适配体是单链DNA或RNA分子，通常长度为数十个核苷酸，可折叠成依赖于靶标的三维结构。DNA适配体通常因其更高的化学稳定性、更易合成以及对核酸酶降解的较低敏感性而被优先用于常规生物传感。RNA适配体可形成更多样和灵活的二级结构，但其对核酸酶降解的较高敏感性通常需要化学稳定化处理
分子印迹聚合物
分子印迹是一种仿生策略，其中模板分子与功能单omers预组装，然后在交联剂存在下进行聚合。随后去除模板，产生在大小、形状和化学功能上与靶标互补的结合空腔。根据单体-模板体系的不同，识别可能涉及氢键、静电吸引、疏水相互作用、金属配位、π相互作用或其组合
受体蛋白
受体蛋白作为天然生物和调控过程的一部分，识别其对应的配体。在分析化学中，这种内在分子识别可以被重新利用来构建生物传感平台，用于检测结构相关的污染物。与通常被选择以实现对单一靶标高特异性的抗体不同，受体蛋白通常保留对与同一生物
结论与展望
分子识别元件在决定食品安全生物传感器的选择性、可靠性和实际适用性方面发挥着核心作用。本综述比较讨论了三类代表性的分子识别元件，即基因工程抗体、适配体、MIPs和受体蛋白，重点介绍了它们的识别机制、工程策略、分析性能和代表性应用。尽管已取得显著进展
贡献者声明
杨洪飞：撰写 – 初稿、方法论、数据管理、概念化、可视化。
王星宇：方法论、验证、概念化、软件。
王梦涵：概念化、可视化。
张林伟：软件、验证。
吴世祥：方法论、验证。
丁明月：概念化、可视化。
文浩：方法论、验证。
王优宜：概念化、可视化。
易轩：方法论、可视化。
陈杰：监督、调查。
王旭：
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究由国家自然科学基金委员会（32573424）和国家重点研发计划（2023YFD1301001和2024YFF1105705）资助。
杨洪飞|王星宇|王梦涵|张林伟|吴世祥|丁明月|文浩|王优宜|易轩|陈杰|王旭|彭大鹏
