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预测IF=11.1！上海交大食科系「张胜利」副教授团队1区Top期刊最新发文！
发布时间：
2026-05-26
来源：
科学私享
ScienceShare ｜ 科学私享
生物纳米孔用于生物分子检测的研究进展：在食品安全、营养评估和医学诊断中的应用
导 读
2026年5月22日，上海交通大学农业与生物学院食品科学与工程系张胜利（长聘教轨副教授）团队在国际权威期刊《Biosensors and Bioelectronicsy》（Q1，中科院1区Top，IF=10.5，预测IF=11.1）发表题为“Advances in Biological Nanopore for Biomolecule Detection: Applications in Food Safety, Nutritional Assessment, and Medical Diagnostics”的综述性论文。张胜利副教授，博士毕业于中国农业大学，曾在荷兰格罗宁根大学从事博士后研究，并担任荷兰格罗宁根大学研究员，主要从事蛋白质化学、营养与食品安全、纳米孔设计与应用研究。以第一/共一在Nature Chemistry、Nature Nanotechnology、Angewandte Chemie International Edition、ACS Nano、Small等期刊上发表多篇论文。
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成果介绍
这篇综述发表在《Biosensors and Bioelectronics》，主题是生物纳米孔技术在生物分子检测中的最新进展，以及其在食品安全、营养评估和医学诊断中的应用。简单来说，生物纳米孔就像一个只有纳米尺度的“分子安检口”：当蛋白质、糖类、维生素、金属离子或毒素等分子穿过这个孔道时，会引起电流信号的变化。研究人员通过分析这些电流“指纹”，就能判断分子的种类、结构甚至浓度。与质谱、核磁等传统检测方法相比，生物纳米孔具有无需标记、实时检测、灵敏度高、样品消耗少、成本较低和便于便携化集成等优势，因此被认为是未来食品快速检测和精准营养分析的重要工具。
文章首先介绍了多种典型生物纳米孔，包括α-溶血素、气单胞菌溶素、MspA、FraC、Phi29连接器、ClyA和YaxAB等。不同纳米孔的孔径、形状、电荷分布不同，适合检测的对象也不同。例如，孔径较小的α-HL、AeL、MspA更适合检测小分子、氨基酸、糖类或单链分子；而孔径较大的ClyA、YaxAB等则可用于蛋白质等大分子检测。其基本原理是：在脂质膜上嵌入蛋白孔道，两侧加入电解质并施加电压，离子流通过孔道形成稳定电流；当目标分子进入孔道后，会阻断部分电流，形成特征信号。通过阻断幅度、停留时间、事件频率等参数，就能识别分子的大小、形状、电荷和相互作用特征。
在生物分子检测方面，文章重点总结了蛋白质、糖类、维生素、金属离子和天然小分子的检测进展。蛋白质检测是最具挑战性的方向之一，因为蛋白质结构复杂、氨基酸种类多，还存在磷酸化、糖基化、甲基化等翻译后修饰。近年来，经过化学修饰、金属离子配位、机器学习辅助分析后，纳米孔已能区分20种天然氨基酸，并可识别多肽序列、蛋白构象变化和酶活性。对于糖类，由于糖分子存在大量异构体和糖苷键差异，传统分析较困难，而纳米孔通过硼酸基团、标签化策略或酶解结合信号分析，已经能够区分葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、糖醇、甜菊糖苷、人参皂苷以及复杂糖链结构。维生素方面，研究已实现对维生素B1、B3、B5、B6等多种B族维生素的同步识别，并可用于乳品、蛋黄、化妆品和天然食品分析。金属离子检测方面，纳米孔可通过孔道内构建识别位点、引入DNA或肽探针、利用化学反应等方式，实现对汞、铅、镉、铜、锌及稀土元素等的高灵敏检测。
对于食品科学领域，文章最值得关注的是其在食品安全和营养评价中的应用。纳米孔技术可用于快速分析水果和果汁中的儿茶素、有机酸、糖醇、葡萄糖、果糖、蔗糖等顺式二醇类营养与风味相关成分，相关模型识别准确率可达99%以上；也可用于区分不同酒类，如白酒、白兰地、威士忌、朗姆酒、伏特加和金酒，显示出在食品真实性鉴别和质量控制中的潜力。对于食品添加剂和甜味剂，纳米孔可检测酸奶或无糖饮料中的糖醇、甜菊糖苷等成分。食品安全方面，该技术已被用于检测重金属、霉菌毒素、细菌毒素、海洋毒素、农药、兽药、三聚氰胺、PFAS污染物和生物胺等。例如，有研究利用α-HL纳米孔和DNA发夹探针，可同时检测赭曲霉毒素A、展青霉素、黄曲霉毒素B1和玉米赤霉烯酮，检测限达到皮摩尔水平；还有研究在腐败虾提取物中识别多种生物胺，说明其可服务于水产品新鲜度监测。
文章也指出，生物纳米孔距离大规模食品现场应用仍有难点。第一，蛋白孔道和脂质膜体系稳定性有限，容易受pH、温度、盐浓度和复杂基质影响；第二，大分子进入孔道效率不高，容易出现堵孔和非特异吸附；第三，多组分样品信号可能重叠，需要更强的数据解析能力。未来的发展方向包括：通过深度学习和计算设计改造孔道结构，构建多孔阵列提升通量，结合适配体、光学或电化学信号增强选择性，并开发便携式设备，实现食品安全、营养评估和现场快速检测。总体来看，生物纳米孔技术正在从“DNA测序工具”走向“食品分子指纹识别平台”，未来有望成为食品质量控制、精准营养和智慧监管的重要新技术。
图文赏析
说明：图片由AI辅助完成，非原文图片，仅供参考，如有不妥，敬请谅解
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.bios.2026.118845
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