赭曲霉毒素A（ochratoxin A，OTA）是真菌毒素中的一个重要类群，主要由曲霉属和青霉属两个属产生[1]。它广泛存在于食品和饲料中，调味品也会受到其影响[2]。在所有污染食品的赭曲霉毒素中，OTA 的含量高且危害大，是食品污染真菌毒素之一[3]。它对人类具有肾脏毒性、肝脏毒性、神经系统毒性、致畸性、致癌性和免疫毒性。为此，国际癌症研究机构（International Agency for Research on Cancer，IARC）于1993 年将OTA 归类为可能的人类致癌物2B 组，并严格监管限制食品中OTA 的水平。以欧盟为例，限定谷物中OTA的最高残留限量为0.5 μg/kg，葡萄酒（或葡萄汁）和咖啡产品的最高残留限量分别为0.2 μg/kg 和0.5 μg/kg。而GB 2761—2017《食品安全国家标准食品中真菌毒素限量》规定谷物及其制品、豆类及其制品、坚果及籽类以及研磨咖啡的限量为5.0 μg/kg，酒类的限量为2.0 μg/kg[4]。为了将OTA 造成的生命威胁风险降至最低，并满足各种食品的监管限制，研究者们开发了各种检测OTA 的技术。
目前，已经开发了多种方法来检测食品中的OTA，包括高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）法、气相色谱-质谱（gas chromatographmass spectrometer，GC-MS）法、薄层色谱（thin layer chromatography，TLC）法和酶联免疫吸附测定（enzyme linked immunosorbent assay，ELISA）等。在这些方法中，GC-MS 和TLC 因其高灵敏度、高选择性和可靠性而备受推崇，被认为是检测OTA 的较好选择[5]。传统的ELISA 方法具有高灵敏度和广泛的应用范围等优点，然而，它们耗费时间和试剂，并且依赖于大量设备。近年来，为了提高检测灵敏度和构建简便易行的ELISA，已经将不同的纳米技术用于OTA 检测的传统ELISA 方法中[6]，但仍然存在成本高、反应时间长和操作繁琐等问题。生物传感器集成了生物识别元件与换能器技术（如电化学），实现了快速准确的检测，且无需依赖复杂设备。电化学生物传感器还具有实现小型化、耗时短和廉价等优点，使其在现场检测或资源受限的环境中成为理想选择。本文综述使用纳米材料检测OTA 的电化学生物传感器的原理，即通过纳米材料修饰电极，结合生物传感器，将生物信号转化为电信号进行检测，从而展现高灵敏度、高选择性和快速响应的特点，以期为纳米材料在电化学生物传感器中的前沿应用和发展趋势等相关研究提供帮助。
电化学生物传感器是独立的、集成的分析设备，其中生物识别元件与电化学换能器紧密接触或结合，使用电分析技术（电位、安培、电导、障碍、场效应等）来测量分析响应[7]。电化学生物传感器具有外观设计小型化、便携且具有成本效益等优点，它还可以在样品较少或不进行样品制备的情况下提供快速的现场测量[8]。
电化学生物传感器主要由以下4 种元件组成：透气膜、电极、电解质和过滤器。这些装置可以通过使用催化（酶、细胞、组织等）或亲和（抗体、适体、凝集素、DNA 等）生物感受器来检测目标分析物。电化学生物传感器具有一次性、便携、简单和特异性，能够提供自动或原位检测的优点。与其它传感器方法相比，电化学分析法具有灵敏度和准确性较好、测量范围广、仪器设备简便、易于进行自动化的优点，当前已广泛应用于食品毒素的检测中[9]。
近年来，在构建检测OTA 的电化学生物传感器的领域，许多国内外学者进行了多方面的探究。目前，主流的电化学信号如差分脉冲伏安（differential pulse voltammetry，DPV）法、交流伏安（alternating current voltammetry，ACV）法和方波伏安（square wave voltammetry，SWV）法各有优势[10]。但想要获得更低的检测限，提升电化学生物传感器的检测性能，纳米材料的修饰被证明是一种有效的策略。
改性电极专用于各种类型的电极，包括玻璃碳、碳糊、溶胶-凝胶和金电极，它们具有由某种化学物质制成的单分子层或多层复合材料，以及包含不同纳米粒子的纳米复合材料[11]。当这些复合材料固定在裸电极的表面上时可以获得在电化学、光学、化学、物理、电学、传输和其他有用性能方面具有特殊新化学性质的修饰电极[12]。为进一步提高电化学生物传感器的检测范围，电化学生物传感器上的修饰材料成为重点关注内容。
纳米材料也被称为超微粒材料，可以增大电化学生物传感器的比表面积、提高催化效率，还具有超强的吸附能力和良好的生物相容性等优点[13]。由于其良好的物理化学特性以及可以提高检测灵敏度等优良性质，已经被广泛应用于电化学生物传感器的制备中[14]。纳米材料电化学生物传感器是指将纳米材料修饰在电极表面，以期提高电极的导电性能，在电化学反应中发挥催化作用，从而实现物质快速检测的传感器。纳米材料电化学生物传感器同时具备纳米材料和电化学生物传感器的优点，具有较高的灵敏度和选择性，响应迅速、低成本和便于携带[15]。因此在OTA 的检测中纳米材料电化学生物传感器逐渐研究广泛。
随着人们对食品安全问题的关注日益增加，对OTA 造成的危害认识更加深刻，使用经纳米材料修饰的电化学生物传感器来定量检测食品中OTA 成为新趋势。
无机纳米材料种类繁多，在电化学生物传感器中应用广泛。主要包括金属、金属氧化物、多孔有机框架类材料，这些无机纳米材料在电化学传感领域的应用已经取得了显著的进展[16]。
2.1.1 金属纳米材料
金属纳米材料具有出色的生物相容性，能够与生物分子和细胞相互作用而不会对其产生明显的毒性或不良影响。同时，它们还具有高导电性和化学稳定性，可以在各种环境条件下保持其结构和功能的稳定性。并且金属纳米材料具有高体积或高表面比，为与其他物质的结合提供了大量的表面区域和活性位点。因此，近年来金纳米颗粒被广泛用于构建电化学生物传感器，通过电子传递、标记和催化等方式实现对OTA的高灵敏度检测[17]。
Qiao 等[18]制备了分散性良好和稳定性高的超薄微米级金属有机骨架（metal organic framework，MOF）片材。由于二维（two-dimensional，2D）材料具有表面积大、结构多样性和丰富的暴露可接近活性位点等优异特性，2D MOF 纳米片在生物传感中具有潜在的应用前景。基于2D MOF 纳米片开发了一种用于OTA 检测的新型无标记适体传感器。该传感信号通过2D MOF 纳米片和银纳米颗粒的纳米材料的信号放大策略进行放大。在这些作用下，OTA 的检测达到了低检测限（0.08 fg/mL）和宽线性范围（0.10 fg/mL～1 μg/mL）。Song 等[19]用不同剂量的酞菁钴（cobalt phthalocyanine，CoPc）纳米粒子掺杂铁基金属-有机骨架NH2-MIL-101（Fe），合成一系列NH2-MIL-101（Fe）@CoPc 纳米复合材料。然后使用NH2-MIL-101（Fe）@CoPc 纳米复合材料构建用于检测OTA 的新型障碍传感器。结合NH2-MIL-101（Fe）高度多孔结构和优异的电化学活性以及CoPc 良好的理化稳定性和强的生物亲和力的优势，NH2-MIL-101（Fe）@CoPc 纳米复合材料显示出优良的性能，有利于固定化OTA 靶向的适体链。其中，开发的基于NH2-MIL-101（Fe）@CoPc 传感器，采用NH2-MIL-101（Fe）∶CoPc 的质量比为6∶1 制备，显示出最佳的放大电化学信号和最高的检测OTA 的灵敏度。在OTA浓度为0.000 1～100 pg/mL 内，检测限为0.063 fg/mL，同时具有高选择性、稳定性和良好的重现性以及在不同实际样品中的广泛适用性。因此，所提出的传感策略可用于检测OTA 以应对食品安全。Kunene 等[20]基于免疫传感器制造的两步策略，提出了一种用于定量检测OTA 的BSA/PdNPs/CF 新型无标记电化学免疫传感器。首先使用原子层沉积（atomic layer deposition，ALD）用钯纳米粒子（palladium nanoparticles，PdNPs）涂覆碳毡（carbon felt，CF）电极，然后使用碳二亚胺官能团通过交联途径将OTA 抗体连接到纳米复合结构上。使用循环伏安法（cyclic voltammetry，CV）和电化学阻抗谱（electrochemical impedance spectroscopy，EIS）来表征免疫传感器的特性，制造的BSA/抗OTA/PdNPs/CF免疫传感器在检测加标咖啡样品中的OTA 方面表现出出色的性能。该研究还表明，PdNPs 加速了大表面积电极上的电子转移速率。在最佳工作条件下，开发的免疫传感器的线性检测范围为0.5～20.0 ng/mL，最低检测限为0.096 ng/mL，适用于食品中OTA 的筛查。此外，该传感器在存在干扰化合物的情况下对OTA 具有高度选择性，并显示出长达3 周的稳定性，表明PdNPs 可以提高该电化学生物传感器方法的检出限和稳定性。
金属纳米材料因优异分散性、高稳定性及良好导电性，成为电化学生物传感器的理想材料，其稳定性保持了传感器性能与精度，增强抗干扰能力，适用于复杂生物环境。良好导电性促进电子转移，提升响应速度与灵敏度，适用于需快速、高灵敏度的应用，且其表面易与生物分子结合，实现高特异性识别，提高检测能力与准确性。这些优点为其在复杂环境和实际样品中检测食品中的OTA 提供了广阔的前景，使得金属纳米材料在生物传感应用中前景广阔，是电化学生物传感器材料的良好的选择。
2.1.2 金属氧化物纳米材料
金属氧化物纳米材料具有独特的纳米尺寸，展现出一系列优良的理化性质。金属氧化物纳米材料因其卓越性能使其在电化学生物传感器领域得到广泛应用，为传感器的灵敏度和准确性提供了有效提升[21]。这种纳米材料在电化学生物传感器中的应用，为相关领域的研究和发展开辟了新的可能性。
Feng 等[22]研发了一种具有优异光催化活性的新型Bi2S3/BiOI/ZnO 异质结纳米阵列，作为检测OTA 的光电化学传感器。此纳米阵列具有较大的比表面积和较高的稳定性，解决了传感平台分布不均和传感基板组合松散等问题。该方法具有高灵敏度、高稳定性和良好的特异性，进一步为实际应用中其他目标真菌毒素的灵敏检测提供了一种有效的方法。Liaqat 等[23]基于与聚吡咯（polypyrrole，PPY）聚合物负载氧化铁共轭的功能化氧化石墨烯（functionalized graphene oxide，fGO）设计了一种无标记的电化学适体传感器。在混合结构中，导电聚合物作为信号以高灵敏度直接读出分析物的存在，而fGO 不仅作为固定支持，而且提高了换能器表面的电导率。同时氧化铁纳米颗粒增强了传感器表面的导电性，检测分析物的核心在于复合材料被电化学还原的情况，从而提供明确的还原信号响应用于灵敏的检测OTA。Wang 等[24]基于主客竞争模式，构建了一种新的用于OTA 检测的适体传感器。通过β-环糊精（β-cyclodextrin，β-CD）的主客体识别，将末端经亚甲基蓝（methylene blue，MB）修饰的适体固定在金电极表面，然后用MoS2 纳米片/AuNPs 纳米复合材料进行信号放大，检测到的OTA 低至0.06 nmol/L。具体来说，MoS2 的高电催化活性将AuNPs 纳米复合材料、β-CD 的识别能力和靶激活的电化学检测适配体分别引入并协同工作，在检测范围、限度和精度方面具有优越性。总体而言，该OTA 检测方法构建简单、灵敏度和特异性高，为生物样品中OTA 的高效检测提供了重要平台。
金属氧化物纳米材料作为传感器修饰材料，优势显著。其大比表面积为生物分子提供更多活性位点，促进固定与识别。高稳定性确保传感平台在复杂环境中分布均匀，提升稳定性与可靠性。此外，该材料还可固定生物分子、增强传感器导电性，进而放大信号，提高灵敏度和响应速度。在OTA 检测中，其优异性能使传感器准确快速检测，助力食品安全和环境监测，在OTA 检测中显示出良好的应用前景。
有机纳米材料是由有机化合物经过自组装、加工等过程形成的纳米材料，对提高电化学生物传感器性能有重要作用[25]。本文将用有机纳米材料修饰的电化学生物传感器分为3 个部分来进行阐述。
2.2.1 多孔有机框架类材料
多孔有机框架材料是一种新型有机多孔材料，具有高孔隙率、大比表面积、合成可控等优点。与无机多孔材料相比，多孔有机框架类材料来源广泛且种类繁多，因此使得构筑结构多样化，便于通过构筑结构来调控目标材料的结构和功能；同时还具有较好的热稳定性和化学稳定性，这些优势使得多孔有机框架类材料在电化学生物传感器领域具有较大的潜力[26]。
Zhang 等[27]以AgPt 双金属纳米粒子修饰的铁卟啉金属有机骨架（ironporphyrinic metal-organic framework，PCN-223-Fe）为电化学示踪剂，设计了一种超灵敏的OTA 适体传感器。提出的方法显示了从20 fg/mL 到2 ng/mL 的广线性范围和14 fg/mL 的低检测限。此传感器具有良好的重复性、稳定性和选择性，已成功应用于检测红葡萄酒和玉米样品中的OTA。该策略拓宽了金属有机框架的应用范围，并可用于其他毒素检测。Hu 等[28]开发了一种基于分子印迹聚合物的电化学传感器用于选择性和稳定的OTA 检测。采用新颖的Au NPs/PIL-FMNS/CNT-MoS2 复合材料作为表面压印的载体，具有高导电性、电催化性和大表面性。比例策略有效地消除了条件波动的影响，提高了可重复性。同时该传感器具有较高的选择性、灵敏度和优异的重复性，可应用于真实样品中OTA 的检测，并且为检测OTA和其他霉菌毒素开辟了新的视野。
多孔有机框架类材料在电化学生物传感器领域中展现出了独特的优势。由于其具有高导电性，有效地促进电子的传输，从而提高电化学生物传感器的响应速度。同时，其电催化性能够加速电化学反应的进行，进一步增强传感器的性能。此外，多孔有机框架类材料的大表面性提供了更多的活性位点，有利于生物分子的固定和识别，从而提高了传感器的灵敏度。作为电化学示踪剂，多孔有机框架类材料能够显著提高电化学生物传感器的性能，为生物传感在食品中的应用提供了更广阔的前景。
2.2.2 有机聚合物
有机聚合物被广泛应用于制备纳米材料，以修饰电极表面。这些纳米材料利用其导电或螯合聚合物的有机官能团与待检测物进行配位，从而实现对目标物质的检测[29]。基于有机聚合物纳米材料的传感器平台具有灵敏度高、线性范围广、选择性好等优点，并且易于大规模制造。
Wei 等[30]基于G-四链体结构的形成以及OTA 及其特异性适体的结合，开发了一种超灵敏电化学生物传感器平台。该平台利用血红素/G-四链体催化聚苯胺沉积，在过氧化氢存在下实现信号放大的目的。制备的金纳米棒（gold nanorods，AuNRs）用于修饰胺化金电极（NH2-AuE），不仅提高了DNA 四面体的负载量，而且有效地提高了电子传输速率。在OTA 存在的情况下，OTA 特有的适配体形成了G-四链体结构。当将血红素插入G-四链体中时，形成了血红素/G-四链体，在过氧化氢和放大的电流信号存在下，它具有很高的催化活性来催化聚苯胺沉积。聚苯胺的生成量与OTA 诱导形成的血红素/G-四链体数量成正比。所制备的适配传感器在0.001～0.500 ng/mL 的宽浓度范围内对OTA 表现出良好的线性响应，所提出的适配传感器的检测限为0.26 pg/mL。Prabhakar 等[31]开发了一种基于共价固定DNA 适体到混合PANI-SALB 膜上的障碍适体传感器，此适配体传感器具有高度稳定、灵敏、选择性和特异性检测的优点。同时可以使用约13 次。可以利用这些基于PANI-SALB 膜的电极来使用特定的适体检测各种微生物。Pacheco 等[32]通过修饰玻碳电极制造了一种新型电化学生物传感器用于OTA 的检测。该传感器使用了多壁碳纳米管（multi-walled carbon nanotubes，MWCNT）和分子印迹聚合物（molecularly imprinted polymer，MIP），这种修饰显著提高了传感器的灵敏度，使用印有OTA 的聚吡咯作为选择性识别元件。通过CV 和差分脉冲伏安法（differential pulse voltammetry，DPV）检测OTA，该传感器表现出良好的重复性和再现性，相对标准偏差分别为4.2%和7.5%。以上结果表明，该传感器在OTA 检测中具有精确性和可靠性。
有机聚合物在电化学生物传感器中的应用，确实能够显著提高其灵敏度和性能。这些聚合物通过修饰电极表面，增加生物分子在电极上的固定数量，从而提高传感器的负载量。同时，有机聚合物还可以有效地提高电子传输速率，优化电极的性能。因此，利用有机聚合物修饰电极表面可以极大提高电化学生物传感器的灵敏度，更加准确地检测食品中的OTA。
2.2.3 有机小分子
有机小分子在检测食品中的OTA 有着广泛的应用，由于其对待检测物具有吸附和特异识别能力，可以使得有机小分子可以用于制造各种不同的电化学生物传感器[33]。
Jalalvand 等[34]制造了一种新型传感器，该传感器开发了一种新型材料Gr-MWCNTs-Ch-IL/CG-IL/NiO NPs逐步修饰裸玻碳电极用于超灵敏测定果汁样品中的OTA。胶原（collagen，CG）具有大量的氧和氮原子，使其与金属氧化物具有良好的亲和力，以稳定金属氧化物并避免其聚集。通过电化学和微观方法对应用于裸电极以构建OTA 传感器的修改进行了表征。该传感器能够在0.01～10.00 nm 的浓度范围内超灵敏地测定OTA，最后，该传感器成功应用于3 种不同葡萄汁样品中OTA 的测定。该项研究的结果介绍了一种低成本、灵敏、快速、可重复的OTA 传感器，可用于常规分析实际样品以进行OTA 测定。Huang 等[35]通过简单的自组装方法成功制造了一种新型0D/1D 纳米杂化材料BPQDs@CNTs-COOH。黑磷量子点（black phosphorus quantum dots，BPQD）和羧化多壁碳纳米管（carboxylated multiwalled carbon nanotubes，CNTs-COOH）之间的强相互作用提高了BP 的稳定性，增强了BPQD 的导电性，对OTA 氧化具有较高的电催化活性。由于BP/CNTs-COOH 界面易于吸附OTA 产物，所制备的传感器对OTA 检测具有良好的重复性，在实际样品分析中有较好的应用。Li 等[36]提出了一种新型的无标记阻抗电化学生物传感器，由壳聚糖/二肽纳米纤维水凝胶和带有OTA 适体的固定化DNA 探针组成，用于检测OTA。壳聚糖/二肽纳米纤维水凝胶薄膜用作传感界面和载体，用于OTA 适体和DNA2 链的杂交链反应（hybridization chain reaction，HCR）形成DNA 多联体。水凝胶表现出生物相容性和生物降解性。分子表面的官能团使水凝胶的化学和生物修饰很容易通过简单的自组装过程进行。在工作电极表面的自组装过程中，一层一层的薄膜由二肽纳米纤维水凝胶和壳聚糖的三维网络组成，可以提供易于与羧基-DNA 相互作用的氨基。OTA 的线性检测范围为0.1～100 ng/mL，低检测限为0.03 ng/mL。该传感器在白葡萄酒中用于检测OTA，在食品检测方面具有广阔的应用前景。Kaur 等[37]基于电化学适体传感器开发了一种简单而有效的功能化石墨烯（f-石墨烯）掺杂壳聚糖（chitosan，CS）用于OTA检测。f-石墨烯的使用增加了电极的电活性表面积，CS 防止了适体分子的浸出。CS 和f-石墨烯的双重特性总体上提高了传感器性能。该适体传感器在8 min的响应时间内显示出OTA 检测限，并且已在葡萄汁样品中评估了制造的适体传感器的实际应用。
有机小分子在电化学生物传感器中发挥着重要的作用。由于其分子结构中富含氧和氮原子，有机小分子与金属氧化物之间表现出了良好的亲和力。这种亲和力使得有机小分子能够稳定金属氧化物，并有效地防止其聚集。这种与金属氧化物的稳定作用不仅增强了传感器的稳定性，还进一步改善了其性能。使用有机小分子可以增加电极的电活性表面积，这意味着在传感器的工作过程中，更多的活性位点得以暴露，从而提高了传感器的响应性和灵敏度。此外，多种有机小分子材料的双重特性在总体上对传感器性能产生了积极的影响。这些特性既包括对目标分子的特异性识别，又涉及与金属氧化物的稳定作用。这种协同作用使得传感器在选择性、灵敏度和稳定性等多个方面都得到了显著的提升。因此，有机小分子在电化学生物传感器中的应用不仅增加了电极的电活性表面积，提高传感器的性能，还通过其与金属氧化物的亲和力，有效地稳定金属氧化物，进一步优化传感器的稳定性和响应性。
电化学生物传感器在OTA 的测定中展现出了较大的潜力，纳米材料的应用增强了其稳定性和检测范围。但是纳米材料的生物相容性成为了影响传感测定性能的关键因素。未来研究应关注开发新纳米材料和技术，更好地提升传感器性能，进一步优化传感器的灵敏度。其中，结合不同种类的纳米材料与基于核酸的方法提供了一个新的方向。近年来，针对OTA 的检测，电化学生物传感器结合纳米材料在食品毒素检测领域取得显著进展。本文从电化学生物传感器的基本原理出发，综述了各种纳米材料在修饰电化学生物传感器以检测OTA 方面的研究进展。纳米材料在电分析技术中的应用已经成为了食品中OTA 检测的高效、快速的新方法。
尽管电化学生物传感器在实验室环境下对OTA的检测表现出色，但在真实样品中的应用仍面临挑战。真实样品检测的复杂性要求传感器不仅要有高灵敏度，还需具备强抗干扰能力和良好的稳定性。因此，要推动电化学生物传感器在食品安全领域的广泛应用，必须解决其在真实样品检测中的稳定性和抗干扰能力问题。而纳米材料的引入为解决这些问题提供了可能。随着纳米技术和电化学技术的不断创新和进步，更高效、更稳定的电化学生物传感器检测OTA 将在未来成为现实。这些传感器将能够为食品安全等领域提供快速、准确的OTA 检测工具，为保障公众的饮食安全提供有力支持。同时，它们也将推动电化学生物传感器在更广泛领域的应用，为科学研究和工业生产带来更多可能性。
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