2022年10月9日，南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院湯曉智湯曉智教授課題組與河北食品檢驗(yàn)研究院張巖研究員聯(lián)合在食品國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)刊物《Trends in Food Science & Technology》（Q1，IF=16.002）發(fā)表題為 “Recent applications of hydrogels in food safety sensing: Role of hydrogels” 的綜述論文。該論文以南京財(cái)經(jīng)大學(xué)為第一單位，程瑋瑋博士為第一作者。該項(xiàng)研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、江蘇省高等學(xué)校自然科學(xué)研究面上項(xiàng)目、南京市留學(xué)人員科技創(chuàng)新項(xiàng)目及江蘇省高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程項(xiàng)目的資助。
本綜述討論了水凝膠作為傳感基質(zhì)在測(cè)定食品中有害物方面的最新應(yīng)用和作用。基于其目標(biāo)反應(yīng)的光學(xué)、電學(xué)、化學(xué)或生物信號(hào)，水凝膠可用于目標(biāo)傳感。水凝膠的固有特性為智能傳感器的構(gòu)建提供了若干優(yōu)勢(shì)。一方面，它們的化學(xué)多樣性和調(diào)整其特性的可能性有利于設(shè)計(jì)刺激響應(yīng)型水凝膠，基于此，水凝膠本身可用于設(shè)計(jì)傳感器。另一方面，通過(guò)將智能分子/納米材料裝載入水凝膠高度濕潤(rùn)的結(jié)構(gòu)中也使得各種（生物）傳感器的制造成為可能。水凝膠的非剛性多孔結(jié)構(gòu)有利于生物分子和納米顆粒的固定化，這有利于目標(biāo)識(shí)別和信號(hào)放大。水凝膠的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)防止了檢測(cè)過(guò)程中的顆粒聚集和信號(hào)變化。它們的多孔結(jié)構(gòu)允許目標(biāo)分析物通過(guò)水凝膠基質(zhì)滲透，同時(shí)防止大尺寸食品組分的進(jìn)入。此外，它們可以通過(guò)固相微萃取過(guò)程將分析物提取到水凝膠結(jié)構(gòu)中，而且它們的形狀適應(yīng)性強(qiáng)，可在實(shí)際應(yīng)用中用于表面 “粘貼-讀取”分析。近年來(lái)，關(guān)于水凝膠的傳感器的出版物的逐漸增多，通過(guò)引入化學(xué)分子、生物分子和其他智能納米材料，人們正在為實(shí)現(xiàn)水凝膠的功能化做出巨大努力。盡管基于水凝膠的傳感器已經(jīng)顯示出巨大的潛力，但仍有一些挑戰(zhàn)有待解決，為未來(lái)的研究提供了大量的空間。
首先，隨著聚合物工程技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)新的交聯(lián)方法設(shè)計(jì)和合成聚合物網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)功能的靶向調(diào)控，包括對(duì)目標(biāo)的選擇性、機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電性和生物或化學(xué)反應(yīng)特性，是很有意義的。此外，未來(lái)基于水凝膠傳感器的發(fā)展也將大大受益于對(duì)作為水凝膠基本構(gòu)建單元的聚合物的結(jié)構(gòu)和功能的日益精確控制。其次，未來(lái)可以利用計(jì)算建模和虛擬仿真技術(shù)，更好地解釋水凝膠的“成分-結(jié)構(gòu)-性能”關(guān)系，改進(jìn)水凝膠傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。再次，除了具體的傳感器設(shè)計(jì)外，通過(guò)將水凝膠與微型化技術(shù)的結(jié)合可以提供可觀的應(yīng)用前景。將基于水凝膠的傳感器整合到芯片或微流控系統(tǒng)中，將有助于開發(fā)便攜式和小型化的傳感工具。最后，在新一代（生物）傳感器中需要開發(fā)基于水凝膠的多目標(biāo)檢測(cè)平臺(tái)，從而滿足在一個(gè)檢測(cè)平臺(tái)中對(duì)目標(biāo)進(jìn)行廣譜檢測(cè)的需求。
總而言之，盡管水凝膠基材料在食品安全快速傳感方面顯示出巨大的潛力，但在它們能夠廣泛用于商業(yè)化的食品安全控制系統(tǒng)之前，仍需繼續(xù)努力。通過(guò)多學(xué)科合作，如高分子工程、材料科學(xué)和生物化學(xué)，水凝膠基傳感器有望在未來(lái)進(jìn)一步促進(jìn)食品安全監(jiān)測(cè)的效率。
原文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.tifs.2022.10.004
日期：2022-10-20
本綜述討論了水凝膠作為傳感基質(zhì)在測(cè)定食品中有害物方面的最新應(yīng)用和作用。基于其目標(biāo)反應(yīng)的光學(xué)、電學(xué)、化學(xué)或生物信號(hào)，水凝膠可用于目標(biāo)傳感。水凝膠的固有特性為智能傳感器的構(gòu)建提供了若干優(yōu)勢(shì)。一方面，它們的化學(xué)多樣性和調(diào)整其特性的可能性有利于設(shè)計(jì)刺激響應(yīng)型水凝膠，基于此，水凝膠本身可用于設(shè)計(jì)傳感器。另一方面，通過(guò)將智能分子/納米材料裝載入水凝膠高度濕潤(rùn)的結(jié)構(gòu)中也使得各種（生物）傳感器的制造成為可能。水凝膠的非剛性多孔結(jié)構(gòu)有利于生物分子和納米顆粒的固定化，這有利于目標(biāo)識(shí)別和信號(hào)放大。水凝膠的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)防止了檢測(cè)過(guò)程中的顆粒聚集和信號(hào)變化。它們的多孔結(jié)構(gòu)允許目標(biāo)分析物通過(guò)水凝膠基質(zhì)滲透，同時(shí)防止大尺寸食品組分的進(jìn)入。此外，它們可以通過(guò)固相微萃取過(guò)程將分析物提取到水凝膠結(jié)構(gòu)中，而且它們的形狀適應(yīng)性強(qiáng)，可在實(shí)際應(yīng)用中用于表面 “粘貼-讀取”分析。近年來(lái)，關(guān)于水凝膠的傳感器的出版物的逐漸增多，通過(guò)引入化學(xué)分子、生物分子和其他智能納米材料，人們正在為實(shí)現(xiàn)水凝膠的功能化做出巨大努力。盡管基于水凝膠的傳感器已經(jīng)顯示出巨大的潛力，但仍有一些挑戰(zhàn)有待解決，為未來(lái)的研究提供了大量的空間。
首先，隨著聚合物工程技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)新的交聯(lián)方法設(shè)計(jì)和合成聚合物網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)功能的靶向調(diào)控，包括對(duì)目標(biāo)的選擇性、機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電性和生物或化學(xué)反應(yīng)特性，是很有意義的。此外，未來(lái)基于水凝膠傳感器的發(fā)展也將大大受益于對(duì)作為水凝膠基本構(gòu)建單元的聚合物的結(jié)構(gòu)和功能的日益精確控制。其次，未來(lái)可以利用計(jì)算建模和虛擬仿真技術(shù)，更好地解釋水凝膠的“成分-結(jié)構(gòu)-性能”關(guān)系，改進(jìn)水凝膠傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。再次，除了具體的傳感器設(shè)計(jì)外，通過(guò)將水凝膠與微型化技術(shù)的結(jié)合可以提供可觀的應(yīng)用前景。將基于水凝膠的傳感器整合到芯片或微流控系統(tǒng)中，將有助于開發(fā)便攜式和小型化的傳感工具。最后，在新一代（生物）傳感器中需要開發(fā)基于水凝膠的多目標(biāo)檢測(cè)平臺(tái)，從而滿足在一個(gè)檢測(cè)平臺(tái)中對(duì)目標(biāo)進(jìn)行廣譜檢測(cè)的需求。
總而言之，盡管水凝膠基材料在食品安全快速傳感方面顯示出巨大的潛力，但在它們能夠廣泛用于商業(yè)化的食品安全控制系統(tǒng)之前，仍需繼續(xù)努力。通過(guò)多學(xué)科合作，如高分子工程、材料科學(xué)和生物化學(xué)，水凝膠基傳感器有望在未來(lái)進(jìn)一步促進(jìn)食品安全監(jiān)測(cè)的效率。
原文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.tifs.2022.10.004
日期：2022-10-20
