近日，浙江大学动物医学中心彭大鹏教授团队在食品领域国际顶级期刊《Trends in Food Science & Technology》（JCR Q1, IF: 17.4）发表题为“Molecular recognition elements for food safety biosensing: Advances, challenges, and perspectives”的综述论文。华中农业大学博士研究生杨鸿飞为论文第一作者，浙江大学彭大鹏教授为通讯作者。
分子识别元件是食品安全生物传感器实现特异性识别和可靠检测的核心，其性能直接决定传感器能否在复杂食品基质中“识别得准、工作得稳”。随着蛋白质工程、核酸工程、合成聚合物、可编程核酸酶及便携式传感技术快速发展，食品安全检测可选择的分子识别工具日益丰富。然而，现有研究和综述往往聚焦某一种识别元件、某一类污染物或某一种信号放大方式，不同技术之间缺乏统一评价尺度，也容易将信号放大带来的超低检出限与识别元件自身性能混为一谈。针对这一问题，该综述突破传统“按技术分类罗列研究进展”的模式，将基因工程抗体、适配体、分子印迹聚合物（MIPs）和受体蛋白四类代表性识别元件纳入统一比较框架，从复杂食品基质中的选择性、分子可编程性、稳定性、可制造性、再生能力、多重检测潜力以及常规筛查适用性等维度进行系统评价，为不同食品安全检测任务中识别元件的合理选型提供理论依据。
文章首先系统解析了基因工程抗体由传统“识别试剂”向模块化生物传感元件发展的技术路径。如图1所示，围绕单链可变片段（scFv）、Fab片段、纳米抗体和双特异性抗体等主要形式，文章比较了其分子尺寸、结构稳定性、扩散效率、重组表达能力、定向固定方式及多功能融合潜力。进一步，文章提出了由“抗体形式选择—分子工程改造—生物界面构建—信号放大—分析读出”构成的集成设计框架（如图2所示）。不同抗体形式并非简单的优劣关系：scFv具有较强的遗传工程和融合设计能力，Fab兼顾结构稳定性与检测重复性，纳米抗体因体积小、热稳定性高而适合便携式检测，双特异性抗体则能够在单一分子中同时承担靶标识别、定向固定、多重检测甚至信号整合等功能。
图1.基因工程抗体的分子结构、关键优势及代表性生物传感应用比较
图2.工程化抗体生物传感器的集成设计框架
对于适配体，文章重点突出其与下一代可编程核酸检测技术之间的天然衔接优势（见图3）。与传统意义上仅作为亲和配体不同，适配体能够将非核酸靶标的结合事件转化为具有确定序列的DNA或RNA触发信号，从而与CRISPR/Cas、Argonaute、滚环扩增及核酸线路等模块进行程序化耦合。因此，文章将适配体视为连接“非核酸靶标识别”和“可编程核酸酶信号放大”的重要分子桥梁，并系统讨论了背景泄漏、基质诱导亲和力下降、核酸酶降解以及多重检测信号串扰等关键瓶颈，提出通过双重门控、多价设计、结构稳定化和空间编码等策略提高实际检测可靠性。
图3. 基于适配体的可编程核酸酶生物传感集成工作流程
文章进一步指出，分子印迹聚合物的价值并不仅仅是作为“人工抗体”替代天然生物受体。凭借优异的化学稳定性、耐受性、可再生性和材料加工能力，MIPs可以同时承担目标物捕获、富集、复杂食品基质净化和信号检测等多重功能，尤其适合纸基、微流控和便携式检测平台（见图4）。围绕结合位点异质性、模板泄漏、非特异性吸附和传质效率等长期制约因素，综述系统总结了表面印迹、纳米MIP、虚拟模板、表位印迹、抗污染界面及计算辅助单体筛选等工程策略，强调评价MIP性能不能仅依赖超低检出限，更应关注选择性、再生次数、储存稳定性及批次重复性。
图4。基于MIP的食品分析集成工作流程
针对受体蛋白，文章则从“单靶标精准检测”拓展到“同类污染物广谱筛查”的应用视角（见图5）。与通常针对单一目标构建的抗体不同，青霉素结合蛋白、TetR、DHPS及雌激素受体等天然受体可识别作用于同一生物学靶点的一系列结构相关化合物。因此，传统免疫分析中常被视为不足的“交叉反应”，在受体蛋白体系中可以转化为类水平筛查优势。文章同时强调，广谱识别并不意味着不同化合物具有完全一致的响应，因此受体蛋白更适合作为食品安全监测中的前端快速筛查工具，并与LC-MS/MS等确证分析形成分级检测体系，以兼顾筛查效率和定量可靠性。
图5. 基于受体-蛋白质的类识别及其分析实现。
在跨平台比较基础上，该综述提出了一个具有现实意义的观点：食品安全生物传感器的评价不应继续单纯围绕“更低检出限”展开。检出限是识别元件、信号放大、换能器、样品前处理及数据处理等多个环节共同作用的结果，极低的检测限并不能直接证明分子识别本身得到改善。未来研究更需要关注复杂食品基质中的选择性、稳定性、重复性、制造一致性、再生能力以及与法规限量和标准方法之间的匹配关系，从而推动生物传感研究由实验室条件下的“性能展示”向真实场景中的“可靠检测”转变。
展望未来，作者认为食品安全生物传感的发展将由单一识别元件优化进一步迈向集成化、可编程和智能化的分子识别系统。蛋白质工程、人工智能辅助分子设计、高通量筛选和计算建模有望提升识别元件的亲和力、稳定性和特异性；与此同时，与可编程核酸酶、核酸线路、纳米材料、微流控及便携式检测设备的深度融合，将推动多重、自动化和现场化检测。不同识别元件之间的互补组合，也有望在复杂食品基质中进一步降低假阳性和假阴性风险。最终，应根据检测目标、靶标性质、食品基质和实际部署场景进行识别元件的理性设计和选择，加速食品安全生物传感器从概念验证向常规监测、风险筛查和实际应用转化。
【原文链接】
https://doi.org/10.1016/j.tifs.2026.106125
